基于石墨烯的超级电容器复合电极材料的制备及性能研究

发布时间：2016-09-30 10:25

  本文关键词：基于石墨烯的超级电容器复合电极材料的制备及性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

《燕山大学》 2015年

基于石墨烯的超级电容器复合电极材料的制备及性能研究

刘亭亭  

【摘要】：超级电容器作为一种高效、环保、新型的储能元件,在各领域均有着广阔的应用空间和发展前景。有关超级电容器电极材料的制备及性能研究一直是超级电容器领域的研究热点。鉴于石墨烯的优良特性,其与赝电容材料的复合物研究对于推动超级电容器电极材料的发展具有积极的作用。本研究采用改进的Hummers法制备氧化石墨,再采用微波处理制得石墨烯。以石墨烯为基础,采用不同的制备方法,制得多种石墨烯基二元复合材料和三元复合材料,并运用多种表征方法和测试手段对所得复合材料的结构特征和微观形貌进行了分析,同时对复合材料的循环伏安行为、充放电特征、倍率性能、电化学阻抗谱及循环稳定性等电化学性能进行了研究。微波法制备的石墨烯在KOH电解液中,0.5 A·g-1电流密度下的比容量为133.6 F·g-1,循环稳定性和可逆性较好。采用超重力场下脉冲电沉积的方法制备了石墨烯-Mn O2复合物,比容量达595.7 F·g-1,1000次循环后没有衰减。论证了超重力场在复合材料制备中的重要作用,指出超重力场可有效的促进传质过程,减小电沉积过程中的浓差极化。通过调节装置转速可以控制超重力场的强度,随超重力场强度不同,Mn O2形貌发生转变,形貌的不同导致了所得复合物电化学性能的差异。结果表明,石墨烯和Mn O2充分发挥了过渡金属氧化物和碳材料的协同效应,使得复合物的电化学性能得到改善。采用水热法,在石墨烯存在条件下,选用抗坏血酸、柠檬酸、葡萄糖几种绿色还原剂与KMn O4在相对较低的温度下发生反应。不同还原剂得到了不同种类的二价、三价锰系化合物与石墨烯的复合材料,Mn C2O4/石墨烯、Mn CO3/石墨烯、Mn OOH/石墨烯、Mn O/石墨烯等。探讨了不同反应比例和热处理温度对复合物组成、形貌以及电化学性能方面的影响。进一步分析了石墨烯在复合物中的存在对于电化学性能改善方面的积极作用,主要源于石墨烯作为基体材料具有优良的导电性,同时,石墨烯的存在可以稳定材料的微观结构。通过电沉积的方法,制备了不同种类的石墨烯基三元复合材料:Ni(OH)2/Ni/石墨烯,Ni(OH)2/CNTs/石墨烯及PANI/Mn O2/石墨烯。Ni(OH)2/Ni/石墨烯三元复合物,比容量可达2609 F·g-1,分析认为,复合物中各组分充分发挥了自身的优点和作用,进而促进了复合物电化学性能的改善。所得Ni(OH)2/CNTs/石墨烯三元复合物的比容量高达2868.5 F·g-1,通过对形貌和机制的研究,指出了其优良的超电容性能与复合物中CNTs、石墨烯及Ni(OH)2所形成的特殊三维结构有关。PANI/Mn O2/石墨烯三元复合物比PANI/Mn O2二元复合物和纯PANI具有更出色的超电容性能,文中分析了其原因:石墨烯作为基体,其上均匀分布棒状结构的PANI,Mn O2纳米粒子均匀分布于PANI纳米棒上,形成了一种分级的特殊结构。

【关键词】：
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB33;TM53
【目录】：

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