碳基復合物超級電容器電極材料的制備與電化學性能研究.pdf

1、當今世界化石燃料劇烈消耗，導致由于化石燃料燃燒帶來的環(huán)境污染問題的加劇，科學家們不斷尋求一種可再生的清潔能源作為替代品來滿足未來人類社會的發(fā)展需要。而能量存儲作為一種清潔又有效的中間手段不斷引起人們的廣泛關注。目前常見的能量存儲設備有電池和超級電容器。超級電容器(SC)也叫電化學電容器相比于普通電容器具有更高的能量密度，比電池更高的功率密度，并且循環(huán)壽命長，使用方便、安全。近年來已在多個領域得到了廣泛應用。目前超級電容器的電極材料主要有

2、碳系材料、過渡金屬氧化物和導電聚合物。電極材料作為決定超級電容器性能的關鍵因素之一，受到了廣大研究者的關注。
　　采用一種簡單的溶劑熱法制備了鎳鋁水滑石/多壁碳納米管/石墨烯（LDH/CNT/GNS）三元納米復合電極材料。通過結構和形貌表征可以看出水滑石和碳納米管復合形成花狀的LDH/CNT顆粒包裹在GNS納米片層表面，形成3D結構的復合電極材料。材料的各個組分均維持在納米級，形成具有分等級結構的復合材料。電化學測試表明LDH/C

3、NT/GNS復合電極擁有超高的比電容、優(yōu)異的倍率特性和較長的循環(huán)壽命。在1 mA/cm2放電電流密度下，最大比容量可以達到1869 F/g，最大功率密度為149.5 Wh/kg，500次循環(huán)后的容量衰減為1.5％。LDH/CNT/GNS電極電化學性能的全面提高主要是歸因于：復合物中的碳材料產(chǎn)生了協(xié)同效應，降低了復合物的等效電荷轉(zhuǎn)移電阻，有利于電荷的有效轉(zhuǎn)移；復合物中相互交錯連接的水滑石片會產(chǎn)生大量的介孔或大孔結構，有利于電解液在電極材料

4、中的擴散并縮短離子的傳遞距離；具有高比表面積和開放多孔結構的LDH/CNT/GNS納米復合物能夠有效地阻止每種組分間的團聚，提高材料的利用率。
　　通過一步水熱法制備CNT/Fe3O4復合超級電容器電極材料。并對復合物的結構、微觀形貌，以及電化學性能進行了系統(tǒng)研究。研究表明：與單純Fe3O4的大塊納米立方體粒子組成的團聚體相比，復合物表現(xiàn)為Fe3O4納米粒子吸附在碳納米管管壁上組成了網(wǎng)狀結構形貌。兩種組分協(xié)同作用，使得這種二元納米

5、復合物具有較大的比容量、優(yōu)異的倍率特性和較好的循環(huán)穩(wěn)定性。得到的復合產(chǎn)物在10 mA/cm2電流密度下表現(xiàn)出的電容為119 F/g，經(jīng)過500次循環(huán)后比容量仍為初始容量的97.5%，循環(huán)壽命優(yōu)異，是一種很有前景的超級電容電極材料。
　　GNS/SnO2復合電極材料是由氯化亞錫還原半還原態(tài)的氧化石墨（SRGO）制備的，首先使用葡萄糖對氧化石墨（GO）進行預還原得到SRGO，使得SRGO保持較好的水溶性及較多的含氧官能團。接下來的水熱

6、過程中Sn2+吸附在含氧官能團上并原位形成SnO2。隨后用SEM和TEM測試結果表明，在GNS/SnO2復合物中，直徑在10~20 nm左右的SnO2納米顆粒均勻的生長在石墨烯的表面。此外復合物表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能：在5 mA/cm2時比容量高達368 F/g，最大能量密度為184 Wh/kg，經(jīng)過500次循環(huán)后比容量保留95%。實驗測試結果不僅說明GNS/SnO2為一種優(yōu)異的超級電容器電極材料，而且實驗思路提供了一種解決石墨烯片團聚