石墨烯基復(fù)合電極材料的制備與鋰離子雜化超級(jí)電容器應(yīng)用探究.pdf

1、1.石墨烯基復(fù)合物在能量存儲(chǔ)器件材料中一直扮演著非常重要的角色。在這里，我們報(bào)導(dǎo)了一個(gè)實(shí)用性強(qiáng)且綠色環(huán)保的合成石墨烯/鈦酸鋰復(fù)合電極材料的路線。溶劑熱和熱處理反應(yīng)保證了鈦酸鋰顆粒和氧化石墨烯表面和邊緣處官能團(tuán)的緊密接觸，由此鈦酸鋰顆粒可以均一的分散在氧化石墨烯片層之間。復(fù)合材料這種特殊的結(jié)構(gòu)形貌也為其帶來(lái)了協(xié)同效能，比如鈦酸鋰顆?？梢员豢醋鍪┢瑢又g的分隔物，有效的減少了石墨烯片與片之間的團(tuán)聚，由此帶來(lái)的石墨烯的有效比表面積的增加使

2、得復(fù)合材料獲得了較高的比容量數(shù)值。相似的，石墨烯以導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)形式貫穿鈦酸鋰顆粒中，這樣的結(jié)構(gòu)不僅有效的阻止了鈦酸鋰納米顆粒之間的團(tuán)聚，并且為鈦酸鋰顆粒的負(fù)載提供了導(dǎo)電基體。復(fù)合材料的形貌為電子和離子的傳輸提供了有效的路徑，使電極材料的倍率性能得到很大的提升。值得注意的是在低倍率下，復(fù)合材料展示出了高于純的鈦酸鋰顆粒175 mAh/g的理論比容量。比如，在0.3、0.5和1C下，復(fù)合材料的比容量數(shù)值分別為207、190和176 mAh/g。

3、除了增強(qiáng)的比容量數(shù)值外，復(fù)合材料還表現(xiàn)出非常好的倍率性能。和1C下放電比容量相比，當(dāng)倍率增加到5C和10C時(shí)，復(fù)合材料仍能夠具有88.8％和82.1％的比容量保持率。由于以上這些優(yōu)異的電化學(xué)性能使得石墨烯/鈦酸鋰復(fù)合材料成為非常有前途的鋰離子電池負(fù)極材料。
　　2.為了滿足當(dāng)今高速運(yùn)轉(zhuǎn)的社會(huì)對(duì)能量的需求，雜化能量體系得到越來(lái)越廣泛的關(guān)注。雜化器件被期待能夠同時(shí)具有電池高能量密度和超級(jí)電容器高功率密度的優(yōu)點(diǎn)，既在盡可能高的提高器件的

4、能量密度的同時(shí)，最小限度的犧牲器件的功率密度。毫無(wú)疑問(wèn)尋求優(yōu)異的電極材料始終是實(shí)現(xiàn)雜化能量器件組裝的首要問(wèn)題。為了匹配優(yōu)異性能的電池型石墨烯/鈦酸鋰復(fù)合材料，我們通過(guò)簡(jiǎn)單易行的方法又合成了超級(jí)電容器型的石墨烯/蔗糖復(fù)合電極材料。石墨烯/蔗糖復(fù)合材料展示出3355 m2/g高的比表面積和增強(qiáng)的電導(dǎo)性。這些性能都是優(yōu)異的雜化電容器型電極材料必需具備的。在此基礎(chǔ)上我們分別以石墨烯/鈦酸鋰和石墨烯/蔗糖電極材料為正負(fù)極合成了石墨烯基鋰離子雜化超

5、級(jí)電容器。優(yōu)化后的雜化器件工作電壓范圍在0-3 V，0.4 C(2.5 h)下能量密度達(dá)95 Wh/kg，當(dāng)放電倍率提升到100 C(36 s)時(shí)，仍能夠保持32 Wh/kg高的能量密度。以上的數(shù)值強(qiáng)有力的說(shuō)明了鋰離子雜化超級(jí)電容器確實(shí)能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)雙電層超級(jí)電容器能量密度不足的缺點(diǎn)，與此同時(shí)提升電池的功率密度。另外一點(diǎn)值得關(guān)注的實(shí)事就是，向這些能量存儲(chǔ)電極材料中少量的添加石墨烯制備得到的復(fù)合電極材料的電化學(xué)性能都得到了極大的提升。我們相