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　　通過(guò)結(jié)合鋰離子電池和超級(jí)電容器的主要優(yōu)勢(shì)，鋰離子混合超級(jí)電容器已經(jīng)成為極具吸引力的儲(chǔ)能系統(tǒng)。作為鋰離子電池和超級(jí)電容器中的普通電極材料，石墨烯和活性炭提供具有高化學(xué)，熱和物理穩(wěn)定性的可調(diào)諧多孔結(jié)構(gòu)，這又與其它電極相比導(dǎo)致優(yōu)異的電導(dǎo)率和改善的容量。認(rèn)為在石墨烯和活性炭中的元素氮摻雜被認(rèn)為進(jìn)一步提高它們的性能。在這篇綜述中，簡(jiǎn)要總結(jié)了混合超級(jí)電容器的最新技術(shù)，重點(diǎn)是使用石墨烯和活性炭。還強(qiáng)調(diào)了隨后在LiHSCs中摻雜有石墨烯和活性炭的氮。

　　隨混合超級(jí)電容器的組成

　　隨著技術(shù)裝備數(shù)量的增加和便攜式電子產(chǎn)品的發(fā)展，全球?qū)χ悄芨咝?chǔ)能系統(tǒng)的需求正在迅速增長(zhǎng)。其中，鋰離子電池(LIB)和超級(jí)電容器確實(shí)是在智能儲(chǔ)能領(lǐng)域有望應(yīng)用的絕佳候選人,以前使用的電池型電極材料包括一些碳質(zhì)材料，金屬氧化物和金屬氫氧化物等。而在LIHSC中常用的電容器型電極材料由活性炭構(gòu)成，由于它們可管理的多孔結(jié)構(gòu)和高表面積。還使用其他材料，如碳納米管和石墨烯。

　　石墨烯和活性炭由于其表面積高，易于鋰離子插層，優(yōu)異的容量保持性，長(zhǎng)壽命周期和約束結(jié)構(gòu)構(gòu)型而被廣泛地研究為鋰離子混合超級(jí)電容器的電極材料。使用基于石墨烯或活性炭和它們的復(fù)合材料的電極組裝的混合設(shè)備已經(jīng)報(bào)道顯示出再加上高功率密度的高能量密度。據(jù)報(bào)道，長(zhǎng)期穩(wěn)定的循環(huán)壽命和改進(jìn)的容量保留。

　　為了改善石墨烯和活性炭基電極的性能，已經(jīng)使用了形態(tài)控制和元素?fù)诫s。制備了0-D石墨烯量子點(diǎn)，1-D石墨烯納米帶(GNR)，2-D石墨烯片，3-D石墨烯和多孔石墨烯。已經(jīng)引入了石墨烯的3D交聯(lián)結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的性能，其中交聯(lián)位點(diǎn)是由石墨烯片的π-π堆疊產(chǎn)生的。具有90%可壓縮性，超輕重量和高導(dǎo)電性的3D印刷石墨烯氣凝膠。這種方法可用于印刷所需的石墨烯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以平滑混合電容器中電子和鋰離子的路徑。關(guān)于元素?fù)诫s方法，例如石墨烯中的N-，Cr，B摻雜和活性炭已經(jīng)被報(bào)道，具有改善的電化學(xué)性能。

　　N摻雜活性炭

　　氮是偽電容元件。氮摻雜被認(rèn)為是將偽電容性質(zhì)納入石墨烯和活性炭的理想方法，用于高性能超級(jí)電容器中的應(yīng)用。氮與碳之間的電負(fù)性差異較大，即 3.04 ：2.55，這導(dǎo)致N摻雜石墨烯(NG)片中碳網(wǎng)絡(luò)的極化。該極化通過(guò)影響碳原子的自旋密度和電荷分布而引起“活化區(qū)”，其直接催化在NG表面發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)。導(dǎo)帶和價(jià)帶之間的帶隙由氮摻雜劑打開(kāi)，氮雜質(zhì)使費(fèi)米能級(jí)高于狄拉克點(diǎn)。這種帶隙使NG成為電子和半導(dǎo)體應(yīng)用的合適候選者。簡(jiǎn)言之，作為極化的結(jié)果，改變了石墨烯的電子，磁性，光學(xué)，電學(xué)和電化學(xué)性質(zhì)。

　　活性炭中的氮摻雜導(dǎo)致比電容增加。由于含有官能團(tuán)的氮的法拉第反應(yīng)孔的改進(jìn)的潤(rùn)濕性不僅增加了比電容也增加了摻雜氮的活性炭的導(dǎo)電性。為了摻雜氮?dú)猓?span style="font-style: inherit; font-weight: inherit;">活性炭的熱處理中最常使用氨(NH 3)。石墨烯和活性炭中的氮摻雜進(jìn)一步增強(qiáng)了使用NG或氮摻雜活性炭(NAC)及其復(fù)合材料組裝的電極的電化學(xué)活性。基于NG和NAC電極的混合器件無(wú)疑具有增加的電化學(xué)性能。

　　通過(guò)活性炭的N摻雜可以進(jìn)一步提高活性炭的性能。報(bào)道了首次使用氮摻雜活性炭(高達(dá)2900m 2 g -1的超高表面積，4重量%的氮)作為L(zhǎng)iHSC的陰極材料，其中使用Si / C作為在陰極與陽(yáng)極質(zhì)量比為2 : 1 的有機(jī)電解質(zhì)中的負(fù)極材料。他們通過(guò)一步法制備氮摻雜的活性炭，使用氨作為氮前體，并將預(yù)處理的材料作為活性炭的前體并在不同溫度下退火。他們?cè)?747-30 127 W kg下實(shí)現(xiàn)了230-141 W h kg -1的能量密度-1功率密度。

　　總之，由于鋰電池的電化學(xué)性能較高，循環(huán)壽命長(zhǎng)，所以Li-HSC確實(shí)是一種有前途的儲(chǔ)能系統(tǒng)。與包括LIB，SC，燃料電池等的所有其他儲(chǔ)能裝置相比較，LIHSC是唯一能夠提供高能量密度和高功率密度的儲(chǔ)能系統(tǒng)，因此它們具有滿足智能儲(chǔ)能系統(tǒng)需求的潛力。石墨烯和活性炭具有高的熱和物理穩(wěn)定性，可調(diào)諧的多孔結(jié)構(gòu)，高表面積，因此它們?cè)贚IHSC中有很大的應(yīng)用。由于基于氮摻雜石墨烯和活性炭的電極的高能量密度，氮摻雜是非常有意義的。氮摻雜劑組數(shù)越多，電極的能量密度就越多。這種高能量密度是由于含氮基團(tuán)的法拉第反應(yīng)和孔壁的改善的潤(rùn)濕性。氮摻雜還增加了碳原子的導(dǎo)電性，這又提高了電極的容量。好的是摻雜氮的活性炭電極由于由氮誘導(dǎo)的額外的電荷存儲(chǔ)機(jī)制，所有其他電極具有更好的性能。然而，摻雜百分比的影響尚未解釋。