6月7日，《电源学报》（ACS Nano）在线发表了电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室贾春阳研究团队在通过原位化学还原制备具有优良电容性能的柔性超级电容器用石墨烯纸方面的相关实验及研究成果。该论文题为“In-situ chemical reduction produced graphene paper for flexible supercapacitors with impressive capacitive performance”。

在这里，研究人员通过高效率的原位化学还原工艺生产了具有松散多层结构的高导电（〜6900S m-1）石墨烯纸，其将氧化石墨（GO）悬浮液组装成膜并同时进行化学还原。

通过这种原位化学还原方法，研究人员成功地制造了不同参数的石墨烯纸（包括不同类型和剂量的还原剂，不同厚度和面积的膜）。同时，研究人员系统地研究了不同参数石墨烯纸对超级电容器性能的影响。基于石墨烯纸的柔性超级电容器表现出高的面积电容（电解质中电流密度为2.0mA cm-2时为152.4mF cm-2），并且具有优异的倍率性能（在8.0mA cm-2下保留率为88.7％）。此外，采用石墨烯纸电极材料和聚合物电解质制造的手链型全固体超级电容器具有优异的循环稳定性（10000次循环后保持96.6％）和电化学稳定性（在不同弯曲状态下容量损失几乎可忽略和4000次弯曲循环后保持率为99.6％）。

图1 石墨烯纸：（a）制备程序的示意图；（b）光学图像。SEM图像：（c-d）GO纸；（e-F）G（HI/CH3COOH）。

图2 石墨，GO纸和石墨烯纸：（a）XRD图;（b）拉曼光谱;（c）FTIR光谱;（d）XPS测量光谱;（e）C1s高分辨率XPS光谱;（f）石墨烯纸的I 3d高分辨率XPS光谱。

图3 基于GO纸，G（KOH），G（VC）和G（HI/CH3COOH）的超级电容器：（a）扫描速率为100mV s-1的CV曲线;（b）电流密度为2.0 mA cm-2时的GCD曲线;（c）奈奎斯特曲线;（d）放大的高频区域。

图4 基于VG，G（6.73），G（13.46）和G（26.92）的超级电容器：（a）扫描速率为100mV s-1时的CV曲线;（b）电流密度为2.0 mAcm-2时的GCD曲线;（c）CA对电流密度的依赖性;（d）奈奎斯特图（插图是放大的高频区域）。

图5 两个单独的超级电容器和集成超级电容器串联并联：（a）扫描速率为200mV s-1的CV曲线;（b）4.0mA恒定电流下的GCD曲线。

总之，柔性和高导电性石墨烯纸通过原位化学还原方法制造，其同时涉及GO悬浮液组装成膜和化学还原。通过这种原位化学还原方法，我们成功地制备了具有不同参数（包括不同类型和剂量的还原剂，不同厚度和面积的膜）的石墨烯纸。同时，对不同参数制备的石墨烯薄膜的电化学性能进行了系统的研究。一些重要结果总结如下：

首先，G（HI/CH3COOH）表现出比G（KOH）和G（VC）更好的电化学性能。

其次，当HI/CH3COOH的用量增加时，G（HI/CH3COOH）的电化学性能可以略微提高。

第三，G（HI/CH3COOH）的面积性能随G（HI/CH3COOH）的增加而显着增强；通常，基于G[5.34]的超级电容器在2.0mA cm-2下达到152.4mF cm-2的最高面积电容。

第四，石墨烯纸的面积从1.0cm×1.0cm-5.0cm×5.0cm增加时，石墨烯纸基超级电容器优异的表面性质可以几乎保持。

此外，通过采用石墨烯纸和聚合物电解质制造的手链形全固体超级电容器具有令人着迷的循环稳定性（10,000次循环后保持96.6％）和电化学稳定性（在不同弯曲状态下容量损失几乎可忽略和4000次反复弯曲循环后99.6％保留力）。

上述结果表明，原位化学还原生产的石墨烯纸具有高均匀性、大批量生产的潜力，在未来柔性电子器件中具有广阔的应用前景。

相关论文全文发表在 Journal of Power Sources，Volume 360, 31 August 2017, Pages 48–58（DOI: 10.1016/j.jpowsour.2017.05.103）上。