石墨烯基復合電極材料的制備與鋰離子雜化超級電容器應用探究.pdf

1、1.石墨烯基復合物在能量存儲器件材料中一直扮演著非常重要的角色。在這里，我們報導了一個實用性強且綠色環(huán)保的合成石墨烯/鈦酸鋰復合電極材料的路線。溶劑熱和熱處理反應保證了鈦酸鋰顆粒和氧化石墨烯表面和邊緣處官能團的緊密接觸，由此鈦酸鋰顆?？梢跃坏姆稚⒃谘趸┢瑢又g。復合材料這種特殊的結構形貌也為其帶來了協(xié)同效能，比如鈦酸鋰顆?？梢员豢醋鍪┢瑢又g的分隔物，有效的減少了石墨烯片與片之間的團聚，由此帶來的石墨烯的有效比表面積的增加使

2、得復合材料獲得了較高的比容量數(shù)值。相似的，石墨烯以導電網絡形式貫穿鈦酸鋰顆粒中，這樣的結構不僅有效的阻止了鈦酸鋰納米顆粒之間的團聚，并且為鈦酸鋰顆粒的負載提供了導電基體。復合材料的形貌為電子和離子的傳輸提供了有效的路徑，使電極材料的倍率性能得到很大的提升。值得注意的是在低倍率下，復合材料展示出了高于純的鈦酸鋰顆粒175 mAh/g的理論比容量。比如，在0.3、0.5和1C下，復合材料的比容量數(shù)值分別為207、190和176 mAh/g。

3、除了增強的比容量數(shù)值外，復合材料還表現(xiàn)出非常好的倍率性能。和1C下放電比容量相比，當倍率增加到5C和10C時，復合材料仍能夠具有88.8％和82.1％的比容量保持率。由于以上這些優(yōu)異的電化學性能使得石墨烯/鈦酸鋰復合材料成為非常有前途的鋰離子電池負極材料。
　　2.為了滿足當今高速運轉的社會對能量的需求，雜化能量體系得到越來越廣泛的關注。雜化器件被期待能夠同時具有電池高能量密度和超級電容器高功率密度的優(yōu)點，既在盡可能高的提高器件的

4、能量密度的同時，最小限度的犧牲器件的功率密度。毫無疑問尋求優(yōu)異的電極材料始終是實現(xiàn)雜化能量器件組裝的首要問題。為了匹配優(yōu)異性能的電池型石墨烯/鈦酸鋰復合材料，我們通過簡單易行的方法又合成了超級電容器型的石墨烯/蔗糖復合電極材料。石墨烯/蔗糖復合材料展示出3355 m2/g高的比表面積和增強的電導性。這些性能都是優(yōu)異的雜化電容器型電極材料必需具備的。在此基礎上我們分別以石墨烯/鈦酸鋰和石墨烯/蔗糖電極材料為正負極合成了石墨烯基鋰離子雜化超

5、級電容器。優(yōu)化后的雜化器件工作電壓范圍在0-3 V，0.4 C(2.5 h)下能量密度達95 Wh/kg，當放電倍率提升到100 C(36 s)時，仍能夠保持32 Wh/kg高的能量密度。以上的數(shù)值強有力的說明了鋰離子雜化超級電容器確實能夠彌補傳統(tǒng)雙電層超級電容器能量密度不足的缺點，與此同時提升電池的功率密度。另外一點值得關注的實事就是，向這些能量存儲電極材料中少量的添加石墨烯制備得到的復合電極材料的電化學性能都得到了極大的提升。我們相