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石墨烯由于具有优越的物理和化学性能,如超高的电导率和比表面积等,在超级电容器电极材料方面有广泛的应用前景。然而,二维石墨烯之间由于π-π相互作用和范德华力易发生不可逆的团聚和堆叠,影响了其作为电极材料的电化学性能。将二维石墨烯空间组装形成三维石墨烯气凝胶,能够防止团聚现象发生。此外,由于氧化石墨烯产量高、层数可控及其水溶液分散稳定等优点,通过氧化石墨烯组装还原制备高性能三维石墨烯气凝胶成为热点,但在目前的制备工艺中,还难以获得具有比表面积高、还原程度好、氧化缺陷少及接触电阻小等特性的氧化还原三维石墨烯。本文通过放电等离子烧结工艺,系统研究了制备工艺参数对三维石墨烯孔结构及电化学性能的影响规律,发现了区别于热还原的氧化石墨烯还原与“焊接”机制。在此基础上,以氧化石墨烯为模板,在其表面原位生成纳米镍和氧化镍颗粒,增大电极材料能够吸附电荷的有效表面积,实现了双电层电容与法拉第赝电容储能机理的结合,制备出电化学性能良好的载镍石墨烯基复合材料。同时,采用冷冻浇注工艺实现了氧化镍/石墨烯复合材料孔结构的控制,通过孔结构的优化实现了电化学性能的大幅提高。结果表明,本课题所制备纯石墨烯气凝胶光电子能谱分析表明C/O原子比为4.23,含氧官能团几乎被完全除去,形成了层片相互搭接的三维结构,比表面积最高可达1965.37m2/g。在600℃-9min-40MPa的SPS工艺条件下获得了具有良好电化学性能的石墨烯气凝胶,在1mol/LNa2SO4中质量比电容最高为162.75F/g,在1mol/L的EMIMBF4/AN中能量密度最高为68.56Wh/kg。在此基础上,原位合成纳米镍和氧化镍颗粒的石墨烯基复合材料电化学性能大幅提升。对于纳米镍/石墨烯复合材料,当镍的晶粒尺寸约为15.58nm时,电化学测试结果表明,在3mol/L的KOH电解液中比电容为487.50F/g,较纯石墨烯气凝胶提高199%,能量密度为159.89Wh/kg,较纯石墨烯气凝胶提高133%。氧化镍/石墨烯复合材料改善了石墨烯与水系电解液不润湿的问题,当氧化镍晶粒尺寸约为18.07nm时,电化学测试结果表明,在3mol/L的KOH电解液中比电容为448.81F/g,较纯石墨烯气凝胶提高173%,能量密度为147.45Wh/kg,较纯石墨烯气凝胶提高115%。采用冷冻浇注法成功制备了片层定向排布的氧化镍/石墨烯复合材料,通过孔结构的控制,实现了其电化学性能的显著提高,结果表明,在3mol/LKOH电解液中比电容最高可达504.17F/g,较纯石墨烯气凝胶提高209%,能量密度为193.83Wh/kg,较纯石墨烯气凝胶提高182%。