特殊形貌錳、錫氧化物-石墨納米片陣列復(fù)合電極與對稱型超級電容器的應(yīng)用研究.pdf

1、能量密度和功率密度是衡量超級電容器性能的重要指標(biāo)，而這些指標(biāo)又與構(gòu)建電容器的電極材料密切相關(guān)。因此，開發(fā)具有優(yōu)異性能的電極材料是制備高性能超級電容器的核心所在。碳材料具有電位窗口寬、電化學(xué)穩(wěn)定性良好、大的比表面積等特性是目前應(yīng)用最廣的超級電容器電極材料。在眾多碳材料中石墨烯由于具有巨大的理論比表面積(2630 m2·g-1)、良好的電化學(xué)穩(wěn)定性、優(yōu)異的電子導(dǎo)電性而倍受科學(xué)研究者的矚目，然而石墨烯片層之間有較強(qiáng)的范德華力，容易發(fā)生團(tuán)聚或堆

2、垛，致使其優(yōu)異的性能無法充分顯現(xiàn)。因此構(gòu)建一種排列方式有序，比表面積高，且與基底之間無縫隙鏈接的類石墨烯電極材料具有重要意義。本文通過電化學(xué)剝離石墨棒得到具有特殊二維(2D)層狀陣列結(jié)構(gòu)的石墨納米片陣列(GNSA)，其片與片之間彼此相互平行，且直立于石墨棒基底。一方面，石墨納米片表面含有大量的羥基、羧基、環(huán)氧基等含氧官能團(tuán)，能夠吸附帶正電荷的金屬離子，有利于電沉積過程的順利進(jìn)行，另一方面，納米片陣列垂直地與基底之間形成零縫隙鏈接，有效的

3、降低了接觸電阻。采用電沉積法將具有高比電容的金屬氧化物生長在石墨納米片表面，得到具有優(yōu)異性能的復(fù)合電極，并以制備的復(fù)合電極組裝成對稱型超級電容器，對其電化學(xué)性能進(jìn)行系統(tǒng)的測試和研究。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴在電場的作用下對石墨棒進(jìn)行電化學(xué)剝離，使其表面形成相互平行排列，且垂直于石墨棒基底的二維(2D)石墨納米片陣列(GNSA)，然后通過陰極還原電沉積法制備SnO2/石墨納米片陣列(SnO2/GNSA)復(fù)合電極。采用場發(fā)射掃描電

4、鏡(FE-SEM)、X射線衍射(XRD)和傅里葉變換紅外(FT-IR)光譜對其形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。電化學(xué)測試表明該復(fù)合電極具有優(yōu)異的超電容性能，在0.5 mol·L-1 LiNO3電解質(zhì)中，掃描速率為5 mV·s-1，電位窗口為1.4V時，比電容達(dá)4015F·m-2。由SnO2/GNSA復(fù)合電極和相同電解質(zhì)組裝成的對稱型超級電容器，在掃描速率為5 mVs-1時，其電位窗口可增至1.8V，能量密度達(dá)到0.41Wh·m-2，循環(huán)5000圈

5、后其比電容仍保持為初始比電容的81％。⑵以石墨棒和電化學(xué)剝離制備的二維(2D)石墨納米片陣列(GNSA)分別作為基底，通過陰極還原電沉積法在相同的條件下制備了MnOOH/石墨棒(MnOOH/GS)和MnOOH/石墨納米片陣列(MnOOH/GNSA)兩種復(fù)合電極。形貌測試結(jié)果表明，兩種復(fù)合電極均呈納米花狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)不但利于電解質(zhì)離子的嵌入與脫出，而且有效的增大了電解質(zhì)溶液和電極材料的接觸面積，從而使復(fù)合材料具有優(yōu)異的電化學(xué)性能。電化學(xué)

6、測試測試結(jié)果表明，掃速為5 mV·s-1，電位窗口為1.6V時，MnOOH/GNSA的比電容高達(dá)5724F·m-2；該復(fù)合電極所組裝的對稱型超級電容器在電位窗口為1.8V且掃描速率為5mV·s-1的條件下，比電容可達(dá)1206F·m-2，能量密度為0.54Wh·m-2時對應(yīng)的功率密度為5.4W·m-2。⑶以0.5mol·L-1MnCl2、0.5mol·L-1NaNO3和0.05mol·L-1SnCl4的混合溶液作為電鍍液，在50℃的恒溫條