超级电容器用石墨烯/金属氧化物复合材料
发布时间：2021-02-25 23:52
超级电容器是一种具有高功率密度和长循环寿命的新型储能装置,碳材料、金属氧化物和导电聚合物是常见的三种超级电容器电极材料。在石墨烯/金属氧化物复合材料中,石墨烯和金属氧化物可以发挥各自的优点,结合石墨烯优异的循环稳定性能和金属氧化物的高容量特性,纳米复合材料的综合性能可以得到很大地提升。因此,石墨烯/金属氧化物复合物的研究是超级电容器领域的热点研究方向之一。本文以金属氧化物的种类、石墨烯的结构和复合物的制备方法为线索,综述了国内外应用于超级电容器方面的石墨烯/金属氧化物复合材料的研究进展,归纳总结出与石墨烯复合最优的金属氧化物类型和制备方法,并进一步对该类复合材料的发展趋势进行了展望。
【文章来源】：化学进展. 2015,27(04)北大核心
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
三维多孔海胆状的MnO2/石墨烯复合物的(a)
，0.2A·g－1电流密度下的比电容值为560F·g－1)。Zhu等［45］利用冷冻干燥的技术得到了孔隙率高、导电性好、电子传输快、机械性能优异的石墨烯气凝胶，也成功制备了花状的MnO2/石墨烯气凝胶，并将其组装成了最大能量密度为68.4Wh·kg－1的对称超级电容器。除上述颗粒状、海胆状、花状的MnO2/石墨烯复合物之外，纤维状的MnO2/石墨烯复合物也有报道。2014年，Dai等［46］首次以石墨烯和KMnO4为原料，在160℃的酸性环境中水热处理12h，成功制备了纤维状的MnO2/石墨烯复合物(如图2所示)，并考察了MnO2和石墨烯的不同含量对复合物电化学性能的影响。该复合物中一维纤维状的MnO2不仅能够防止二维片状石墨烯的团聚，也优化了复合物的电化学性质。结果显示，石墨烯含量为90%的复合物电化学性能最优(在三电极测试体系中，复合物最大比电容值为170F·g－1，充放电循环1000次后的电容保持率为97.1%)。图2纤维状的MnO2/石墨烯复合物的(a)SEM、(b)TEM和(c)放大的TEM图［46］Fig．2(a)SEM，(b)TEMand(c)high-magnificationTEMimageofMnO2nanofiber/graphenecomposites［46］2.2电化学沉积法电化学沉积法是指利用电场作用使金属氧化物从其水溶液中沉积的过程。Chan等［47］用电化学沉积法得到了颗粒状MnO2/石墨烯复合物，并研究了不同沉积时间对金属氧化物颗粒尺寸的影响。结果表明，沉积时间过短不利于氧化物颗粒的形成，时间过长会导致氧化物负载过多，影响复合物的稳定性。经过多次测试后确定了最佳沉积时间，并在三电极体系进行了电化学测试，测试表明生成的复合物在1mV·s－1扫描速率下的最大比电容值可达378F·g－1。Li等［48］将GO经过真空
仙?ぃ?詈缶??高温热处理分解Ni(OH)2得到片状NiO/石墨烯复合物(制备过程如图3所示)，并在三电极体系中对其电化学性能进行测试。经研究发现，该复合物是三维网络结构，比电容值较大(电流密度为2A·g－1时，最大比电容值为425F·g－1)，并且循环稳定性能优异(充放电循环500次后，电容保持率为90%)。Huang等［80］在此基础上加入表面活性剂二甲基二十八烷基溴化铵(DODA)改性石墨烯，使得金属氧化物更易于吸附，由此进一步提高了复合物的电化学性能(在三电极测试体系中，比电容值可达540F·g－1)图3NiO/石墨烯/泡沫镍复合物的合成示意图［79］Fig．3SyntheticschemeoftheNiO/G/NFhybrid［79］Su等［81］采用相似的原料以微波辅助的条件下成功制备了花状NiO/石墨烯复合物。负载在石墨烯片层上的NiO花状结构不仅可以为氧化还原反应提供更多的活性点，还能使复合物的两组分之间连接更为紧密，加快离子传输的速率，因此该复合物的电化学性能进一步提高。在三电极体系中测试发现，该复合物的最大比电容可高达770F·g－1。4.2溶剂热(水热)法Jiang等［82］以GO、Ni(NO3)2和尿素为原料，通过一步水热法制备了具有颗粒状NiO/石墨烯复合物，并在三电极体系中对其进行电化学测试，结果显示该复合物在0.2A·g－1时比电容达到429.7F·g－1，经过2000次循环后电容的保持率为86.1%。Yang等［83］改用二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂，使得GO的分散性更好，所得复合物在电流密度1A·g－1时的比电容达到576F·g－1，经过1100次充放电循环之后比电容没有明显的下降。Ge等［84］以十二烷基硫酸钠(SDS)为结构导向剂，成功制备了比电容值为346F·g－1花状的NiO/石墨烯复合物。Zh
本文编号：3051762
【文章来源】：化学进展. 2015,27(04)北大核心
【文章页数】：12 页
【部分图文】：
三维多孔海胆状的MnO2/石墨烯复合物的(a)
，0.2A·g－1电流密度下的比电容值为560F·g－1)。Zhu等［45］利用冷冻干燥的技术得到了孔隙率高、导电性好、电子传输快、机械性能优异的石墨烯气凝胶，也成功制备了花状的MnO2/石墨烯气凝胶，并将其组装成了最大能量密度为68.4Wh·kg－1的对称超级电容器。除上述颗粒状、海胆状、花状的MnO2/石墨烯复合物之外，纤维状的MnO2/石墨烯复合物也有报道。2014年，Dai等［46］首次以石墨烯和KMnO4为原料，在160℃的酸性环境中水热处理12h，成功制备了纤维状的MnO2/石墨烯复合物(如图2所示)，并考察了MnO2和石墨烯的不同含量对复合物电化学性能的影响。该复合物中一维纤维状的MnO2不仅能够防止二维片状石墨烯的团聚，也优化了复合物的电化学性质。结果显示，石墨烯含量为90%的复合物电化学性能最优(在三电极测试体系中，复合物最大比电容值为170F·g－1，充放电循环1000次后的电容保持率为97.1%)。图2纤维状的MnO2/石墨烯复合物的(a)SEM、(b)TEM和(c)放大的TEM图［46］Fig．2(a)SEM，(b)TEMand(c)high-magnificationTEMimageofMnO2nanofiber/graphenecomposites［46］2.2电化学沉积法电化学沉积法是指利用电场作用使金属氧化物从其水溶液中沉积的过程。Chan等［47］用电化学沉积法得到了颗粒状MnO2/石墨烯复合物，并研究了不同沉积时间对金属氧化物颗粒尺寸的影响。结果表明，沉积时间过短不利于氧化物颗粒的形成，时间过长会导致氧化物负载过多，影响复合物的稳定性。经过多次测试后确定了最佳沉积时间，并在三电极体系进行了电化学测试，测试表明生成的复合物在1mV·s－1扫描速率下的最大比电容值可达378F·g－1。Li等［48］将GO经过真空
仙?ぃ?詈缶??高温热处理分解Ni(OH)2得到片状NiO/石墨烯复合物(制备过程如图3所示)，并在三电极体系中对其电化学性能进行测试。经研究发现，该复合物是三维网络结构，比电容值较大(电流密度为2A·g－1时，最大比电容值为425F·g－1)，并且循环稳定性能优异(充放电循环500次后，电容保持率为90%)。Huang等［80］在此基础上加入表面活性剂二甲基二十八烷基溴化铵(DODA)改性石墨烯，使得金属氧化物更易于吸附，由此进一步提高了复合物的电化学性能(在三电极测试体系中，比电容值可达540F·g－1)图3NiO/石墨烯/泡沫镍复合物的合成示意图［79］Fig．3SyntheticschemeoftheNiO/G/NFhybrid［79］Su等［81］采用相似的原料以微波辅助的条件下成功制备了花状NiO/石墨烯复合物。负载在石墨烯片层上的NiO花状结构不仅可以为氧化还原反应提供更多的活性点，还能使复合物的两组分之间连接更为紧密，加快离子传输的速率，因此该复合物的电化学性能进一步提高。在三电极体系中测试发现，该复合物的最大比电容可高达770F·g－1。4.2溶剂热(水热)法Jiang等［82］以GO、Ni(NO3)2和尿素为原料，通过一步水热法制备了具有颗粒状NiO/石墨烯复合物，并在三电极体系中对其进行电化学测试，结果显示该复合物在0.2A·g－1时比电容达到429.7F·g－1，经过2000次循环后电容的保持率为86.1%。Yang等［83］改用二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂，使得GO的分散性更好，所得复合物在电流密度1A·g－1时的比电容达到576F·g－1，经过1100次充放电循环之后比电容没有明显的下降。Ge等［84］以十二烷基硫酸钠(SDS)为结构导向剂，成功制备了比电容值为346F·g－1花状的NiO/石墨烯复合物。Zh
本文编号：3051762
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlilw/3051762.html
教材专著
