石墨烯-二氧化錳-聚苯胺復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、近年來(lái)隨著能源危機(jī)的加劇和電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，儲(chǔ)能材料領(lǐng)域的研究也發(fā)生了快速的增長(zhǎng)。超級(jí)電容器作為一種新型的儲(chǔ)能元件，主要用于電動(dòng)汽車(chē)和不間斷電源等領(lǐng)域。如何提高超級(jí)電容器電極材料的比容量、倍率性能及循環(huán)穩(wěn)定性仍是當(dāng)今相關(guān)領(lǐng)域的主要研究課題。其中，通過(guò)制備不同類(lèi)型的復(fù)合材料來(lái)改善超級(jí)電容器電化學(xué)性能被認(rèn)為是一條極為有效的途徑。
　　本文首先通過(guò)界面聚合法制備了HCl、HCSA和HClO4摻雜的聚苯胺電極材料。研究發(fā)現(xiàn)，HClO

2、4摻雜的聚苯胺分子鏈沿平行和垂直于鏈長(zhǎng)方向的排布更為有序，且分子鏈中具有更多的共軛結(jié)構(gòu)。電化學(xué)性能研究發(fā)現(xiàn)，HClO4摻雜的聚苯胺具有更低的電荷轉(zhuǎn)移電阻和更高的比容量，在5 A/g電流密度下比容量仍可達(dá)339 F/g，表現(xiàn)出最好的電化學(xué)性能。
　　通過(guò)溶膠-凝膠法制備了Mn2O3粉體，并在此基礎(chǔ)上制備了不同形貌的MnO2粉體。探索了前驅(qū)體溶液pH值、煅燒溫度、煅燒時(shí)間和升溫速率對(duì)Mn2O3晶體結(jié)構(gòu)的影響。并探究 Mn2O3在鋰離子

3、電池中的儲(chǔ)鋰性能，這種由納米顆粒堆積成的片層多孔結(jié)構(gòu)的Mn2O3可有效緩沖嵌鋰/脫鋰過(guò)程中的體積膨脹，從而表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性及倍率性能。以氧化石墨烯作為模板劑來(lái)制備MnO2粉體時(shí)，隨氧化石墨烯加入量的增加，MnO2由長(zhǎng)度為200 nm直徑為20 nm的納米棒轉(zhuǎn)變?yōu)橹睆郊s為20 nm的納米顆粒，且由?-MnO2逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)定型態(tài)，結(jié)晶性降低。由于MnO2粉體比表面積的增加，其比容量及倍率性能也有所改善。
　　為進(jìn)一步改善電極材料

4、電化學(xué)性能，制備了石墨烯/二氧化錳復(fù)合材料和石墨烯/二氧化錳/聚苯胺三元復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn)，采用水熱法制備石墨烯/二氧化錳復(fù)合材料時(shí)，MnCl2·4H2O和KMnO4的用量能夠控制MnO2納米片在石墨烯表面的生長(zhǎng)過(guò)程，影響復(fù)合材料的微觀(guān)形貌。當(dāng)MnCl2·4H2O用量為3 mmol時(shí)MnO2納米片能夠均勻生長(zhǎng)在石墨烯表面，復(fù)合材料的電子導(dǎo)電性明顯提高，使其比容量、倍率性能及循環(huán)穩(wěn)定性均有所提高。在與聚苯胺進(jìn)一步復(fù)合制備三元復(fù)合材料時(shí)，三

5、元復(fù)合材料中適量的片狀石墨烯/二氧化錳復(fù)合材料可阻礙聚苯胺分子鏈的緊密堆積，有利于電解液的充分親潤(rùn)，使得聚苯胺的高比容量得以充分發(fā)揮，同時(shí)具有良好的倍率性能；三元復(fù)合材料在Na2SO4與H2SO4混合電解液中的電化學(xué)性能隨兩者配比的變化而變化，在Na2SO4電解液中，復(fù)合材料的電化學(xué)性能下降較為嚴(yán)重，在混合電解液中，隨 H2SO4濃度的降低，復(fù)合材料的比容量及倍率性能略有下降，在0.25 mol/L H2SO4與0.75 mol/L N