石墨烯-鈷酸鎳復(fù)合材料的制備及其電容性能研究.pdf

1、超級(jí)電容器是一種新型的電化學(xué)儲(chǔ)能器件，具有大功率輸出、超長(zhǎng)循環(huán)壽命、使用溫度范圍寬和快速充放電等優(yōu)點(diǎn)。超級(jí)電容器電極材料的性能直接影響著超級(jí)電容器的電化學(xué)儲(chǔ)能性能，材料的研究始終是該領(lǐng)域的熱點(diǎn)。石墨烯作為一種新興的二維碳納米材料，具有高比表面積、良好的導(dǎo)電性和化學(xué)穩(wěn)定性好等一系列優(yōu)點(diǎn)，在超級(jí)電容器電極材料應(yīng)用領(lǐng)域顯示出巨大潛力。另外，過(guò)渡金屬氧化物成本低、對(duì)環(huán)境友好和比電容高等優(yōu)點(diǎn)有助于提高超級(jí)電容器的性能，其中復(fù)合型氧化物鈷酸鎳吸引了

2、很多學(xué)者的關(guān)注。因此，石墨烯基過(guò)渡金屬氧化物復(fù)合材料的開(kāi)發(fā)形成了一個(gè)新的研究方向。具體研究?jī)?nèi)容如下：
　　(1)通過(guò)改進(jìn)的Hummers方法制備氧化石墨，然后分別以水合肼和尿素為還原劑制備石墨烯。形貌和結(jié)構(gòu)測(cè)試表明：還原后的石墨烯存在多層堆疊，并不是理想的單層結(jié)構(gòu)。兩種石墨烯的比表面積存在一定差異， rGN-2的比表面積為340 m2 g-1， rGN-1的比表面積為180 m2 g-1。電化學(xué)測(cè)試表明，在0.5 A g-1的電流

3、密度下， rGN-2和rGN-1比電容分別為174F g-1和161F g-1；在較大的電流密度下(5 A g-1)，它們依舊保持較大的比電容(152 F g-1和136 F g-1)，電容保持率分別為87.4％和84.4%，表明 rGN-2的比電容和倍率性能較好。
　　(2)以石墨烯為基體材料，用尿素為共沉淀劑，通過(guò)共沉淀和后續(xù)簡(jiǎn)單熱處理制備了 rGO/NiCo2O4-NW復(fù)合物用于超級(jí)電容器電極材料。測(cè)試結(jié)果表明，長(zhǎng)度在200

4、-400 nm范圍內(nèi)、直徑約為20 nm的鈷酸鎳納米線(xiàn)均勻的覆蓋在石墨烯納米片上。所制備的rGO/NiCo2O4-NW復(fù)合電極材料具有較好的電容性能，1 A g-1的電流密度下響應(yīng)的比電容為1137.8 F g-1。在2 A g-1的電流密度下循環(huán)1000周期后，電容保持率為89%。
　　(3)通過(guò)控制實(shí)驗(yàn)條件，實(shí)現(xiàn)對(duì)石墨烯表面負(fù)載鈷酸鎳納米結(jié)構(gòu)的可控調(diào)節(jié)，優(yōu)化后的超薄鈷酸鎳納米片均勻緊貼于石墨烯表面，這將顯著提升電極材料的比表面