超級(jí)電容器用還原氧化石墨烯-二氧化錳復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能.pdf

1、作為一種新型儲(chǔ)能器件,超級(jí)電容器具有高功率密度與長(zhǎng)循環(huán)壽命等特點(diǎn)。因此,對(duì)超級(jí)電容器用材料特別是電極材料的研究成為當(dāng)前材料科學(xué)的研究熱點(diǎn)。目前電極材料主要有三大類:碳材料、金屬氧化物和導(dǎo)電聚合物。其中,針對(duì)石墨烯與二氧化錳(MnO2)的研究尤其活躍。通過材料復(fù)合,發(fā)揮各類材料的優(yōu)勢(shì),最終達(dá)到理想的電極材料是這一領(lǐng)域的研究前沿。但這類復(fù)合材料制備路線一般較長(zhǎng),且未能較好地利用前驅(qū)體固有特性,成為應(yīng)用上的難題。為解決此難題,本文通過一步法制

2、備了還原氧化石墨烯/MnO2(rGO/M)復(fù)合材料,同時(shí)探究了電極制作工藝與水系電解液類型對(duì)電極材料電化學(xué)性能的影響。
　　首先,采用改進(jìn)的Hummers法制得了氧化石墨烯(GO)。X射線衍射(XRD)、傅里葉紅外光譜(FTIR)、Raman光譜和熱重(TG)分析等表征顯示,GO成功地制備,這為后續(xù)實(shí)驗(yàn)提供了有利條件。
　　其次,將GO通過低溫簡(jiǎn)單熱處理,得到低溫還原氧化石墨烯(lrGO),并制成電極,研究了壓片壓力和水系電

3、解液類型對(duì)其電化學(xué)性能的影響。結(jié)果顯示,在壓片壓力為10 MPa時(shí),lrGO的比電容值最大,壓力過大或過小都會(huì)使比電容值降低;水系電解液中,與Na2SO4相比,H2SO4電解液更有利于比電容值的提升。
　　最后,通過水熱法,利用 GO自身的氧化官能團(tuán)氧化作為錳源的Mn2+,一步合成了rGO/M復(fù)合電極材料,采用XRD、FTIR、FESEM等測(cè)試手段進(jìn)行表征。結(jié)果顯示,在rGO/M復(fù)合電極材料中,rGO呈現(xiàn)褶皺的片層結(jié)構(gòu),在片層間夾

4、雜彌散30~60 nm的無(wú)定形MnO2,而且rGO未被完全還原仍含有部分氧化官能團(tuán)。同時(shí),通過循環(huán)伏安、交流阻抗和恒流充放電等方法研究了rGO/M的電化學(xué)性能。結(jié)果顯示,rGO/M復(fù)合材料展示了較高的比電容、倍率特性和循環(huán)穩(wěn)定性。在1 A/g的電流密度下,所得 rGO/M復(fù)合電極的比電容可達(dá)277 F/g,當(dāng)掃描速率達(dá)到50 mV/s時(shí),比電容值仍然能夠保持較高的173 F/g,經(jīng)過500次恒流充放電循環(huán)測(cè)試后,比電容值的保持率可達(dá)到9