電泳沉積制備氧化石墨烯-石墨纖維及其電化學性能的研究.pdf

1、超級電容器是一種新型的儲能裝置，與其他儲能器件相比它具有充電速度快，循環使用壽命長，能量轉換效率高等特點，廣泛應用于工業、軍事等領域。
　　超級電容器電容性能的提高主要在于優異的電極材料的開發，而電極材料的導電性和離子在材料內部的擴散性是影響電容性能的最主要因素。氧化石墨烯（GO）是一種擁有一些石墨烯特性的多層或單層的片狀碳材料。由于GO片層之間排列的規整性，所以GO擁有良好的離子擴散性，是一種優良的電極材料，但是在制備GO的過程

2、中GO分子在范德華力的作用下會出現不可避免的團聚和堆疊，從而導致電化學性能的降低。石墨纖維具有良好的導電性并且擁有三維網狀結構，將其與GO復合能夠提升材料的能量密度和功率密度，是一種能夠發揮出復合材料優良電化學性能的有效方法。
　　電泳沉積是合成微納米材料的一種方法，是指膠體粒子在電場作用下發生定向移動在對電極表面沉積成膜的過程。在電泳沉積過程中把石墨纖維作為陽極，由于GO表面具有羥基、羧基等豐富的含氧基團，在電場的作用下會向陽極

3、移動，從而合成氧化石墨烯/石墨纖維復合材料。因為GO在溶液中電離程度較小，導致其在石墨纖維上負載率較低，所以我們在GO上引入Na+以增加其負載率，提高復合材料的電化學性能。
　　本文研究了電泳沉積法制備氧化石墨烯/石墨纖維（GO-GFC）和改性氧化石墨烯/石墨纖維（GONa-GFC）復合材料的過程，研究了復合材料的負載率和沉積條件的關系，通過掃描電子顯微鏡（SEM）、原子力顯微鏡（AFM）和拉曼光譜（Raman）對復合材料的形貌結

4、構進行表征，通過紅外光譜探索電泳沉積過程的反應機理，并通過循環伏安測試和恒流充放電測試研究較好制備復合材料的工藝條件以及復合后材料電化學性能的變化。
　　實驗結果表明：通過電泳沉積的方法成功合成了GO-GFC和GONa-GFC復合材料。通過掃描電子顯微鏡觀察得出當GO負載率較低時GO是以顆粒狀附著在石墨纖維表面上。隨著負載率的增加，GO逐漸在石墨纖維表面形成膠狀物質，最后形成一層膜覆蓋在石墨纖維的表面。GONa在石墨纖維表面有相似

5、的形貌變化，但其成膜速度更快，負載率高時對石墨纖維的包裹性更強。通過對負載率的計算，可以發現相同條件下GONa比GO在石墨纖維上的負載率更高，并且GONa負載率最大值可達20.58 wt％。
　　通過對復合材料進行電化學表征，得出當電流密度為0.5 A/g時，電泳條件為電泳時間2.0 h，GO電泳液濃度為0.35 g/L和電泳電壓為27 V制備出的GO-GFC具有最高的比電容20.46 F/g。而對于GONa-GFC，當電流密度為

6、0.5 A/g時最高的比電容值為27.32 F/g高于GO-GFC，其沉積條件為電泳時間2.5 h，GONa電泳液濃度為0.35 g/L和電泳電壓為27 V。由于內阻的影響，GONa-GFC和GO-GFC的比電容都是隨著負載率的增加先升高后降低并且在負載率分別為8.54%和6.02%時達到最大值。當電流密度為5 A/g時，GONa-GFC的比電容是11.90 F/g為0.5 A/g時電容的47.14%，高于GO-GFC的34.83%，說

7、明GONa-GFC在大電流充放電時的電化學性能仍然優于GO-GFC。
　　我們還通過GO和GONa在復合材料中的相對電容來表征材料的電化學性能。當電流密度為0.5 A/g時GO在GO-GFC中的相對電容和GONa在GONa-GFC中的相對電容分別可達到427.63 F/g和355.41 F/g，是GO單獨做電極時比電容（33.39 F/g）的十幾倍，表明了與石墨纖維的復合很大程度的提高了GO的電化學性能。對復合材料進行熱處理后，結