柔性石墨烯基復(fù)合薄膜的制備與電容性能研究.pdf

1、柔性超級電容功率密度大、循環(huán)壽命遠(yuǎn)大于二次電池,在柔性器件等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。但是,如何進(jìn)一步提高柔性電極材料的倍率性能和比容是目前研究的熱點(diǎn)。本文首先制備出石墨烯/炭黑(RGO/CB)復(fù)合薄膜,研究炭黑含量對石墨烯基復(fù)合薄膜的組織結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性能的影響;進(jìn)而在石墨烯/炭黑復(fù)合薄膜表面通過恒流電沉積制備氧化錳薄膜,研究電沉積時間對氧化錳薄膜的組織形貌與電化學(xué)性能的影響,以此為基礎(chǔ)制備并評價非對稱器件的性能。
　　研究結(jié)果表明:

2、氧化石墨烯/炭黑復(fù)合薄膜中炭黑的相對含量影響比容量與倍率性能。當(dāng)氧化石墨烯/炭黑質(zhì)量比為5:1.5時(RGO/CB-1.5)復(fù)合薄膜的比容量為83F/g,石墨烯薄膜的倍率性能和循環(huán)壽命顯著提高。
　　石墨烯/炭黑復(fù)合薄膜在0.5M硫酸鈉與1M硫酸電解液中呈現(xiàn)出不同的變化規(guī)律,RGO/CB-0.5在0.5M的硫酸鈉電解液中性能最優(yōu)異。石墨烯/炭黑復(fù)合薄膜在兩種電解液中的不同性能取決于電解液與石墨烯/炭黑復(fù)合薄膜中孔洞的配合。石墨烯/

3、炭黑復(fù)合薄膜中炭黑含量越高,片層之間的接觸電阻越小,形成的孔洞也越小。硫酸中的水和氫離子半徑小于硫酸鈉中的水和鈉離子半徑,因此氫離子可以在更小的孔洞中運(yùn)動。因此,在硫酸當(dāng)中,當(dāng)炭黑含量為1.5mg時性能最佳,而在硫酸鈉中炭黑含量為0.5mg時性能最佳。
　　石墨烯/炭黑復(fù)合薄膜的炭黑含量越高,經(jīng)烘箱干燥之后的體積收縮越明顯,炭黑阻塞石墨烯片層之間的孔洞也越明顯。干燥后的石墨烯/炭黑復(fù)合薄膜中炭黑對倍率性能提高不明顯,反而降低了比容

4、量。
　　以0.1M醋酸錳為電解液,在石墨烯/炭黑復(fù)合薄膜表面通過恒流電沉積制備石墨烯/炭黑/氧化錳三元復(fù)合薄膜。電沉積10min時石墨烯/炭黑/氧化錳三元復(fù)合薄膜在三電極體系中,以0.5M的硫酸鈉為電解液,掃描速率為5mV/s時比容達(dá)到108F/g,但電沉積15min后,比容下降到102F/g,電沉積時間越長,倍率性能越差。
　　兩電極體系中,電沉積10min的三元復(fù)合薄膜在5mV/s掃描速率下比容達(dá)到141F/g,顯著高

5、于未電沉積的石墨烯/炭黑復(fù)合薄膜(67F/g)。此外,在500mV/s的掃描速率內(nèi),電沉積10min的三元復(fù)合薄膜的比容均高于石墨烯/炭黑二元復(fù)合薄膜。
　　以石墨烯/炭黑/氧化錳三元復(fù)合薄膜為正極材料,以石墨烯/炭黑二元復(fù)合薄膜為負(fù)極材料制備復(fù)合薄膜非對稱超級電容,使其工作電位區(qū)間提高到1.6V。在1.6V的工作電壓下,能量密度提高到5.98Wh/kg,功率密度達(dá)到1183W/kg。將兩個超級電容器并聯(lián)組裝后,點(diǎn)亮了額定電壓為3