超級電容器電極材料的制備和電化學性能研究.pdf

1、超級電容器作為一個新型的儲能裝置越來越受到科研工作者的關(guān)注，大比電容并且循環(huán)性能穩(wěn)定的電極材料成為了制約超級電容器發(fā)展的關(guān)鍵因素。超級電容器最常用的電極材料主要分為三類，分別是過渡金屬氧化物材料、活性炭材料以及導電聚合物。在眾多的電極材料中，二氧化錳和石墨烯材料受到了廣泛的關(guān)注。錳元素在自然界中的豐度很高，所以二氧化錳材料價格低廉，并且它是一種環(huán)境友好型的材料。最近的研究表明二氧化錳材料擁有很高的法拉第電容，所以它是一種很好的超級電容器

2、材料。但是二氧化錳的晶型眾多，結(jié)構(gòu)復雜，因此需要進行深入研究找出適合的超級電容器電極材料。同樣，石墨烯材料由于它的特殊層狀結(jié)構(gòu)和很大的比表面積，也適合作為超級電容器的電極材料。但是通過普通的化學法還原GO并不能得到高性能的石墨烯，因此也需要找出合適的方法來制備石墨烯材料。
　　在充分的文獻調(diào)研基礎(chǔ)上，合成了高比電容的球形二氧化錳和層狀多孔結(jié)構(gòu)的表面改性石墨烯材料。本文的主要實驗內(nèi)容包括以下兩個部分：
　?。?）通過溶液法制備

3、球形碳酸錳，并將其作為犧牲模板與一定濃度的高錳酸鉀反應(yīng)，再通過酸處理制備出了高比電容的球形二氧化錳和中空的球形二氧化錳。運用循環(huán)伏安法（CV）、恒電流充放電法（CD）以及交流阻抗（EIS）等測試方法來表征其其在電化學方面的性能。發(fā)現(xiàn)球形二氧化錳在1 mol/L的硫酸鈉溶液中電容性能最好，當掃面速率為5 mV s-1時比電容高達525 F g-1，而中空結(jié)構(gòu)的球形二氧化錳的比電容更加優(yōu)越。之后通過交流阻抗測試，并利用Zview模擬球形二氧

4、化錳工作電極的RC電路圖，發(fā)現(xiàn)電容的主要儲能模式為法拉第電容。
　?。?）用Hummers法合成氧化石墨烯（GO），然后用水合肼還原GO制備得到了普通的石墨烯（rGO）。另外利用三聚氰胺對GO表面進行了改性，然后用熱還原法在400℃的條件下制備出了高性能的表面改性石墨烯（SF-rGO）。經(jīng)表面電鏡測試， rGO和SF-rGO均為層狀的多孔結(jié)構(gòu)。電化學測試結(jié)果表明SF-rGO的電容性能與rGO相比更加優(yōu)越，并且循環(huán)穩(wěn)定性十分優(yōu)良。測