张光宇 刘琳婧 徐芮 王欣 李闯 吕胤霖 陈玉娟 朱大福 杨昕瑞

摘 要：针对全固态平面超级电容器性能偏低的问题，采用一种由在硅片上直接生长的方法制备出石墨烯薄膜作为电极，利用双电层超级电容器工作原理，采用PVA/H2SO4凝胶电解质，制备得到石墨烯基全固态平面超级电容器。循环伏安测试结果表明：该超级电容器具有双电层电容特性。循环伏安曲线没有氧化还原峰，说明双电层电容完全提供电极的容量。当扫描速率为50mV/s时，该超级电容器的循环伏安特性较好，面积比电容为290.24μFcm-2，能量密度为22.68μWhcm-2。为平面微型超级电容器的研究提供了重要参考。

关键词：平面超级电容器；凝胶电解质；双电层；循环伏安

DOI：10.15938/j.jhust.2018.03.024

中图分类号： O646

文献标志码： A

文章编号： 1007-2683（2018）03-0139-04

Electrochemical Properties of Graphene-based All-solid-state Planar Supercapacitors

ZHANG Guang-yu， LIU Lin-jing， XU Rui， WANG Xin， LI Chuang，

L Yin-lin， CHEN Yu-juan， ZHU Da-fu， YANG Xin-rui

（School of Applied Sciences， Harbin University of Science and Technology， Harbin 150080， China）

Abstract：For a problem of low performance of planar supercapacitors， graphene films were prepared by a method of direct growth on silicon wafers as electrodes， and PVA/H2SO4 is used as gel electrolyte. Graphene-based all-solid-state planar supercapacitor was prepared with working principle of electric double layer capacitor. The results of cyclic voltammetry showed that the supercapacitor had characteristics of double layer capacitance， and there was no redox peak in the cyclic voltammetry curves， indicating that the electric double layer provided capacity of electrodes. When the scanning rate was 50mV/s， the supercapacitor had better performance of cyclic voltammetry. The area capacitance was 290.24μFcm-2 and the energy density was 22.68μWhcm-2. This paper provides an important reference for further research on planar micro-supercapacitors.

Keywords：planar supercapacitors； gel electrolyte； electric double layer； cyclic voltammetry

0 引 言

隨着电子产品的小型化、微型化，传统的超级电容器日益显露出其局限性[1-2]。由于碳基材料具有高的比表面积、良好的导电性、与其它材料的相容性和可控的孔径分布等特性，使其在电能存储设备如超级电容器和电池领域中被广泛的研究[3-5]。石墨烯和碳纳米管等新型碳材料逐渐应用于超级电容器，取代了传统的碳电极。随着便携式电子产品和体内电子器件的快速发展[6-7]，促进了世界范围内平面超级电容器的研制[8-10]。平面超级电容器具有体积小、功率密度高、安全性好、易与片上系统集成等优点，已经成为传统超级电容器的有力竞争者[11-13]。电极材料、薄膜电极生产技术以及平面超级电容器的结构是影响器件性能的关键因素，它们决定了平面超级电容器的比电容、功率密度、能量密度、循环稳定性以及分解电压等。……