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由单层或多层的二维结构的石墨烯(graphene)组成的纳米石墨片(Graphene nanosheets, GNS)具有较高的比表面积及优良的性能,是近年来备受关注的新型碳材料。然而,石墨烯纳米片在制备的过程中会产生堆叠和团聚的现象,故而其单独作为电极材料的电化学性能并不十分令人满意。我们尝试采用不同的方法将球状炭黑引入到石墨烯片层中,以利于提高电解液离子与活性物质的接触面积,进而提高其电化学的性能。碳纳米管(CNTs)以其管间的孔隙相通,也是很好的导电材料。因此,通过在GNS/CB复合材料中引入不同含量的碳管来考查其电化学的性能,而后我们又在GNS/CB/CNT复合材料表面沉积聚苯胺(PANI)赝电容材料制备了GNS/CB/CNT/PANI复合材料。采用X射线衍射(XRD)以及扫描电子显微镜(SEM)红外光谱分析(FT-IR)对复合材料形貌进行表征,并通过循环伏安、恒流充放电、交流阻抗等电化学分析方法进行测试,研究复合材料微观结构和电化学性能之间的关系。采用了原位还原法和超声混合法两种不同的方法制备GNS/CB复合电极材料,通过在石墨烯片层间插入炭黑不仅可以抑制石墨烯的聚集提高了其表面利用率,还能在片层间起到支撑和桥连导电作用,有利于电子以及电解液离子在材料内部的快速传输,因此显著提高了复合材料的比容量和功率特性,同时这种插层结构还使复合材料具有优良的充放电可逆性以及循环稳定性。在GNS/CB复合材料中加入含量不同的碳纳米管制备了GNS/CB/CNT复合材料,通过循环伏安曲线分析、交流阻抗分析曲线以及恒流充放电曲线分析和微观结构的分析,研究结果表明随着碳纳米管含量的不断增加,GNS/CB/CNT复合材料的比电容逐渐的减小,这是由于碳纳米管的比表面积很小,而且聚集缠绕,很难通过简单的超声得到分散,所以随着碳纳米管加入量的增加,复合材料的比容量反而降低从而影响了GNS/CB/CNT复合材料电化学性能。所以加入的碳管并不是越多越好,少量的碳管加入会提高复合材料的结构和性能,相反过多的加入会起到相反的效果。以不同结构的纳米碳为基体,采用原位聚合的方法制备了碳/聚苯胺复合电极材料,详细考察了纳米碳基体的微观结构对碳/聚苯胺复合材料电化学性能的影响,研究结果表明三种复合材料的优劣顺序为GNS/CB/CNT/PANI>GNS/CB/PANI>GNSPANI。这主要是由于一方面插入石墨烯片层间的炭黑能提高石墨烯的表面利用率,从而更有利于聚苯胺以纳米级颗粒均匀沉积在石墨烯表面,另一方面插入石墨烯层间的炭黑还能起到支撑作用,是复合材料形成利于电解液离子传输的开放的层间孔道,同时石墨烯、炭黑和碳纳米管形成具有三维结构的整体的导电网络,有利于电子在复合材料内部的快速传输,从而使GNS/CB/CNT/PANI具有优良电化学存储性能和循环使用寿命。