石墨烯-二氧化錳-聚苯胺復合材料的制備及其電化學性能研究.pdf

1、近年來隨著能源危機的加劇和電動汽車產業的迅速發展，儲能材料領域的研究也發生了快速的增長。超級電容器作為一種新型的儲能元件，主要用于電動汽車和不間斷電源等領域。如何提高超級電容器電極材料的比容量、倍率性能及循環穩定性仍是當今相關領域的主要研究課題。其中，通過制備不同類型的復合材料來改善超級電容器電化學性能被認為是一條極為有效的途徑。
　　本文首先通過界面聚合法制備了HCl、HCSA和HClO4摻雜的聚苯胺電極材料。研究發現，HClO

2、4摻雜的聚苯胺分子鏈沿平行和垂直于鏈長方向的排布更為有序，且分子鏈中具有更多的共軛結構。電化學性能研究發現，HClO4摻雜的聚苯胺具有更低的電荷轉移電阻和更高的比容量，在5 A/g電流密度下比容量仍可達339 F/g，表現出最好的電化學性能。
　　通過溶膠-凝膠法制備了Mn2O3粉體，并在此基礎上制備了不同形貌的MnO2粉體。探索了前驅體溶液pH值、煅燒溫度、煅燒時間和升溫速率對Mn2O3晶體結構的影響。并探究 Mn2O3在鋰離子

3、電池中的儲鋰性能，這種由納米顆粒堆積成的片層多孔結構的Mn2O3可有效緩沖嵌鋰/脫鋰過程中的體積膨脹，從而表現出良好的循環穩定性及倍率性能。以氧化石墨烯作為模板劑來制備MnO2粉體時，隨氧化石墨烯加入量的增加，MnO2由長度為200 nm直徑為20 nm的納米棒轉變為直徑約為20 nm的納米顆粒，且由?-MnO2逐漸轉變為無定型態，結晶性降低。由于MnO2粉體比表面積的增加，其比容量及倍率性能也有所改善。
　　為進一步改善電極材料

4、電化學性能，制備了石墨烯/二氧化錳復合材料和石墨烯/二氧化錳/聚苯胺三元復合材料。研究發現，采用水熱法制備石墨烯/二氧化錳復合材料時，MnCl2·4H2O和KMnO4的用量能夠控制MnO2納米片在石墨烯表面的生長過程，影響復合材料的微觀形貌。當MnCl2·4H2O用量為3 mmol時MnO2納米片能夠均勻生長在石墨烯表面，復合材料的電子導電性明顯提高，使其比容量、倍率性能及循環穩定性均有所提高。在與聚苯胺進一步復合制備三元復合材料時，三

5、元復合材料中適量的片狀石墨烯/二氧化錳復合材料可阻礙聚苯胺分子鏈的緊密堆積，有利于電解液的充分親潤，使得聚苯胺的高比容量得以充分發揮，同時具有良好的倍率性能；三元復合材料在Na2SO4與H2SO4混合電解液中的電化學性能隨兩者配比的變化而變化，在Na2SO4電解液中，復合材料的電化學性能下降較為嚴重，在混合電解液中，隨 H2SO4濃度的降低，復合材料的比容量及倍率性能略有下降，在0.25 mol/L H2SO4與0.75 mol/L N