超級電容器石墨烯基電極材料制備及電化學性能研究.pdf

1、隨著日益增長的能源需求，由傳統(tǒng)能源造成的環(huán)境問題日益突出，因此研究人員開始轉(zhuǎn)向綠色新能源的開發(fā)，如風能、太陽能等。在眾多新型能源裝置中，超級電容器以其充電速度快、循環(huán)壽命長和無污染等特點，一躍成為各個國家研究熱點。電極材料為影響其性能的關(guān)鍵因素之一，且多為多孔結(jié)構(gòu)，比表面積較高。石墨烯（RGO）以其獨特的片層晶體結(jié)構(gòu)、極高的理論表面積、超強的導(dǎo)電性能，被視為超級電容器的理想電極材料。但在其制備過程中，石墨烯片層不易被完全剝離，層間距較小

2、，造成實際比表面積較低；且相比于金屬氧化物，比電容值較低，因而限制了其進一步應(yīng)用。圍繞該問題本文做了如下工作：
　　(1)通過簡單的水熱法，制備了鈰摻雜的MnO2/石墨烯復(fù)合材料，結(jié)果表明材料存在大量介孔，具有較大的比表面積（243 m2·g-1），平均孔徑為7.9 nm，有利于電解液離子的傳輸，與電極材料的接觸更加充分，從而產(chǎn)生有效的電容值。在電流密度為0.1 A·g-1和2 A·g-1下，比電容值分別為149 F·g-1和12

3、4 F·g-1，比電容保持率為83％，具有很好的倍率性能。經(jīng)過1000次循環(huán)后，電容保持率為85.2%。
　　(2)為了改善二維石墨烯的聚集問題，加大石墨烯的層間距，制備了氮摻雜的三維石墨烯；結(jié)果表明在90℃反應(yīng)3 h時比電容值最高，在1 A·g-1電流密度下，比電容值為174 F·g-1；經(jīng)過1000次充放電循環(huán)后，比電容保持率為83%，且具有較小的內(nèi)阻，具有很好的功率性能和電容行為。
　　(3)本文還將氮摻雜三維石墨烯與

4、鈷酸鋅酸式鹽進行復(fù)合，氮吸附測試表明各樣品的孔結(jié)構(gòu)參數(shù)變化不大，平均比表面積為25 m2·g-1，孔容為0.08 cm3·g-1，平均孔徑為14 nm，便于電解質(zhì)離子在電極材料間的傳輸和與電極材料的充分接觸，有利于提高材料的倍率性能。該材料在1 A·g-1和20 A·g-1電流密度下，比電容分別為304 F·g-1和217 F·g-1，電容保持率為71.4%。經(jīng)過1000次充放電循環(huán)后，比電容保持率為92%。此外，材料還具有良好的阻抗行