石墨烯基復(fù)合電極及固態(tài)電容器的研究.pdf

1、超級(jí)電容器是一種具有高功率密度和優(yōu)異穩(wěn)定性的新型儲(chǔ)能器件，大量的科研成果表明，超級(jí)電容器在電動(dòng)汽車、便攜式電子設(shè)備、武器、不間斷電源（UPS）等方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。與鋰離子電池相比，電容器具有功率密度高、循環(huán)穩(wěn)定性好，成本較低的優(yōu)點(diǎn)，但是超級(jí)電容器有一個(gè)無法避免的問題，那就是能量密度低的缺點(diǎn)。因此為了解決這個(gè)問題，研究者們從超級(jí)電容器構(gòu)成的各個(gè)部分進(jìn)行了大量努力的研究，而在影響超級(jí)電容器性能的各構(gòu)成部分中，電極材料是影響電容器性能的

2、最重要的因素。因此制備性能優(yōu)異的納米電極材料成為了攻克超級(jí)電容器能量密度低的重要途徑。
　　石墨烯是一種具有優(yōu)異性能的新型二維碳材料，由于出色的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性，其在超級(jí)電容器中具有重要應(yīng)用，但是石墨烯片層之間因?yàn)榉兜氯A力，易出現(xiàn)團(tuán)聚、堆疊等現(xiàn)象，從而導(dǎo)致石墨烯比表面積和比電容減小。為了改善石墨烯的性能，將石墨烯與其它具有高比電容的電極材料進(jìn)行復(fù)合是有效途徑之一，通過發(fā)揮石墨烯與其它材料的協(xié)同效應(yīng)，從而達(dá)到提高比電容的目的。Co3O

3、4是一種具有高比電容的過渡金屬氧化物，其理論比電容可達(dá)3560 F/g，但是Co3O4作為超級(jí)電容器的電極材料存在導(dǎo)電性差的問題，這限制了它在電容器的應(yīng)用。因此將過渡金屬氧化物與導(dǎo)電性較好的材料進(jìn)行復(fù)合成為了彌補(bǔ)這個(gè)缺陷的重要方法，其中受到廣泛關(guān)注的就是將其與石墨烯進(jìn)行復(fù)合，因?yàn)槭┚哂泻芎玫膶?dǎo)電性和其他優(yōu)異性能，但是其存在比電容低的特點(diǎn)，因此將 Co3O4與石墨烯材料進(jìn)行復(fù)合制備出不同形貌結(jié)構(gòu)電極材料是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一。在本論文中

4、，首先使用鱗片石墨采用改進(jìn)的Hummers法制備了氧化石墨，表征結(jié)果表明我們所制備的氧化石墨帶有功能化的含氧基團(tuán)，這為后面進(jìn)行復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)奠定了重要基礎(chǔ)。然后采用水熱法探究了實(shí)驗(yàn)條件（反應(yīng)物濃度、溫度、pH值、時(shí)間）對(duì)材料的影響，并對(duì)材料做了一系列表征，采用三電極體系，探究了所制備的復(fù)合材料的循環(huán)伏安、恒電流充放電、電化學(xué)阻抗等電化學(xué)性能，并將最優(yōu)條件下制備的電極材料組裝成固態(tài)器件進(jìn)行測試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：所制備的復(fù)合材料在放電電流密度為

5、0.1 A/g時(shí)比電容可達(dá)1475 F/g，固態(tài)電容器的能量密度和功率密度分別可達(dá)13.97 Wh/kg和3.04 kW/kg。本文圍繞石墨烯/Co3O4復(fù)合材料的主要工作內(nèi)容如下：
　?。?）采用改進(jìn)的 Hummers方法，以鱗片石墨為原料，制備了氧化石墨，并對(duì)其進(jìn)行了XRD、XPS、拉曼等表征。
　?。?）研究了鈷鹽濃度和氧化石墨烯濃度對(duì)材料性能的影響，得出了鈷鹽和氧化石墨烯的最佳濃度分別為0.01M、2 mg/mL。<