基于超級電容器的石墨烯水凝膠及其復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、超級電容器，是一種新型的儲能元件，其能量密度高、循環(huán)壽命長、快速充放電速率，為滿足人們對大瞬間大電流釋放的要求，超級電容器已在全世界范圍引起了極大的關(guān)注。近幾年對超級電容器的研究主要集中在電極材料的制備上，包括各種碳基材料、導(dǎo)電聚合物和過渡金屬氧化物。
　　 石墨烯有著高達(dá)2600 m2/g的理論比表面積，良好的導(dǎo)電性、熱穩(wěn)定性、化學(xué)惰性和寬的電壓窗口，是一種較理想的雙電層電容器電極材料。
　　 本文以氧化石墨烯(GO)

2、為原材料通過一步自組裝化學(xué)還原法制得三維石墨烯水凝膠(GH)，在60℃條件下，控制還原劑水合肼的量制得不同還原程度的石墨烯，對所得產(chǎn)物的比表面積、混亂程度、褶皺程度和含氧官能團(tuán)等因素系統(tǒng)分析，發(fā)現(xiàn)石墨烯片層上含氧官能團(tuán)的含量是影響GH電化學(xué)性能的主要因素，當(dāng)加入53 ul的水合肼，以1 mol/L H2SO4水溶液為電解液，在兩電極體系下恒電流充放電電流密度為1A/g時(shí)，得到最大的比電容195 F/g。
　　 基于上述結(jié)果，為探

3、討不同分散液對所得產(chǎn)物電化學(xué)性能的影響，分別采用了水和乙醇為分散液，獲得了凝膠體系，控制水合肼的量制得不同還原程度的石墨烯，并對所得產(chǎn)物的電化學(xué)性能進(jìn)行測試，結(jié)果表明，隨著還原劑量的改變，在兩種體系下的電化學(xué)性能有著相同的規(guī)律，在水體系下可獲得更好的電化學(xué)性能。
　　 此外，為探討GH作為載體與MnO2復(fù)合所得的復(fù)合材料的電化學(xué)性能，通過一種簡單的氧化還原反應(yīng)法制備了GH-MnO2的復(fù)合水凝膠材料，利用KMnO4與GH片層表面上

4、的碳原子發(fā)生原位反應(yīng)，使得生成的MnO2納米粒子填充于三維的GH網(wǎng)孔中。結(jié)果表明，常溫下KMnO4濃度為0.1 mol/L，反應(yīng)時(shí)間為4h，所得GH-MnO2復(fù)合材料表現(xiàn)出了較高的比電容、優(yōu)良的循環(huán)性能和倍率特性。在兩電極體系中，在以6 mol/L KOH為電解液，電流密度為0.2 A/g的條件下通過恒電流充放電測試得到比電容值為254 F/g，并且在恒電流充放電循環(huán)1000次后還能保持80.3％的比電容，此復(fù)合材料作為超級電容器電極材