三维筋撑石墨烯负载氧化锰的超级电容器

发布时间：2024-06-02 19:28

　　石墨烯基超级电容器,其功率密度较高,但能量密度受限。开发以三维石墨烯材料为载体的复合型赝电容多孔电极,是解决方案之一。本文采用铵盐辅助化学发泡法,制备了三维筋撑石墨烯泡沫体(SG);以SG为载体,采用水热还原法在其表面生长二氧化锰(MnO₂)纳米棒阵列,从而构建了MnO₂/SG自支撑多孔材料。利用MnO₂/SG复合电极,组装了超级电容器,在0.5 A·g^-1的电流密度下,比电容达343.6 F·g^-1;经5000次循环,其容量保持率为83.8%;在500 W·kg^-1的功率密度下,其能量密度达11.93 W·h·kg^-1。因此,MnO₂/SG复合电极是一种性能优异的赝电容材料,在电化学储能领域有良好的应用前景。

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【部分图文】：

图1加热煅烧过程简图

将上述SG转移至反应釜，加入15ml浓度为5mmol·L-1的KMnO4溶液。将反应釜加热至150℃，保温一段时间，自然冷却后取出样品，经洗涤得到目标产物MnO2/SG，如图2所示。作为系统研究，将加热时间设定为1、2、4、6h，所得样品分别记为M/SG-1h、M/SG....

图2MnO2/SG合成示意图

取已预先裁剪至合适大小(1cm×1cm×0.3cm)的MnO2/SG，称其质量为m(典型为1mg)，将之放到石墨板集流体的表面凹槽中并滴加少许Nafion以固定样品。三电极体系测试在1mol·L-1Na2SO4电解液中进行，以MnO2/SG、铂丝、饱和甘汞电极分别为....

图3SG的SEM图[(a)、(b)]；不同水热反应时长下获得的MnO2/SG产品的SEM图[(c)～(f)]

图2MnO2/SG合成示意图数据处理时，采用GCD法计算MnO2/SG的比容量。对于三电极体系，如式(1)[14]所示：

图4M/SG-4h产品的TEM和HRTEM图

式中，C是单电极质量比容量，F·g-1;I是电流，A；Δt是放电时间，s;M是两个极板的电极材料总质量，g；ΔV是电压窗口，V。双电极体系中，能量密度E(W·h·kg-1)和功率密度P(W·kg-1)计算如式(3)、式(4)所示：图5M/SG-4h产品的EDS和XRD表征

本文编号：3987681