超級電容器用還原氧化石墨烯-二氧化錳復合材料的制備及其電化學性能.pdf

1、作為一種新型儲能器件,超級電容器具有高功率密度與長循環壽命等特點。因此,對超級電容器用材料特別是電極材料的研究成為當前材料科學的研究熱點。目前電極材料主要有三大類:碳材料、金屬氧化物和導電聚合物。其中,針對石墨烯與二氧化錳(MnO2)的研究尤其活躍。通過材料復合,發揮各類材料的優勢,最終達到理想的電極材料是這一領域的研究前沿。但這類復合材料制備路線一般較長,且未能較好地利用前驅體固有特性,成為應用上的難題。為解決此難題,本文通過一步法制

2、備了還原氧化石墨烯/MnO2(rGO/M)復合材料,同時探究了電極制作工藝與水系電解液類型對電極材料電化學性能的影響。
　　首先,采用改進的Hummers法制得了氧化石墨烯(GO)。X射線衍射(XRD)、傅里葉紅外光譜(FTIR)、Raman光譜和熱重(TG)分析等表征顯示,GO成功地制備,這為后續實驗提供了有利條件。
　　其次,將GO通過低溫簡單熱處理,得到低溫還原氧化石墨烯(lrGO),并制成電極,研究了壓片壓力和水系電

3、解液類型對其電化學性能的影響。結果顯示,在壓片壓力為10 MPa時,lrGO的比電容值最大,壓力過大或過小都會使比電容值降低;水系電解液中,與Na2SO4相比,H2SO4電解液更有利于比電容值的提升。
　　最后,通過水熱法,利用 GO自身的氧化官能團氧化作為錳源的Mn2+,一步合成了rGO/M復合電極材料,采用XRD、FTIR、FESEM等測試手段進行表征。結果顯示,在rGO/M復合電極材料中,rGO呈現褶皺的片層結構,在片層間夾

4、雜彌散30~60 nm的無定形MnO2,而且rGO未被完全還原仍含有部分氧化官能團。同時,通過循環伏安、交流阻抗和恒流充放電等方法研究了rGO/M的電化學性能。結果顯示,rGO/M復合材料展示了較高的比電容、倍率特性和循環穩定性。在1 A/g的電流密度下,所得 rGO/M復合電極的比電容可達277 F/g,當掃描速率達到50 mV/s時,比電容值仍然能夠保持較高的173 F/g,經過500次恒流充放電循環測試后,比電容值的保持率可達到9