石墨烯-聚苯二胺-金屬氧化物三元復(fù)合材料的制備及其在超級(jí)電容器中的應(yīng)用研究.pdf

1、超級(jí)電容器是一種功率密度高、使用壽命長(zhǎng)的能量轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)裝置，但其相對(duì)較低的能量密度卻制約了它的大規(guī)模應(yīng)用，因此尋求合適的電極材料成為研究者關(guān)注的熱點(diǎn)之一。石墨烯作為一種新型的碳材料，理論比表面積大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性好、機(jī)械強(qiáng)度高，但片層之間容易發(fā)生團(tuán)聚和堆疊，使其有效比表面積減少，電化學(xué)性能受到抑制。同時(shí)，金屬氧化物和導(dǎo)電聚合物雖然具有更高的電容值，但其在大電流充放電過程中電阻大、穩(wěn)定性差，所以無法單獨(dú)作為電極材料使用。因此，為了彌補(bǔ)以上幾種

2、材料的不足，將三種組分混合制備三元復(fù)合物是一種有效的優(yōu)化手段。在三元復(fù)合物中，石墨烯作為載體框架，不僅能夠固定其他兩種組分提高材料的循環(huán)穩(wěn)定性，還能夠加速電荷傳輸?shù)乃俾?，提高材料的電化學(xué)性能，而另兩種組分又可以為材料提供更大的比電容和能量密度，最終獲得性能優(yōu)異的復(fù)合材料。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:
　　(1)本文以改進(jìn)Hummers法制備氧化石墨烯(GO)，并將其作為后續(xù)三元復(fù)合物的載體。同時(shí)選取聚對(duì)苯二胺作為固定組分，通過改變金屬

3、氧化物的種類、形貌以及三種組分的比例得到不同性能的三元復(fù)合物并將其應(yīng)用于超級(jí)電容器中。
　　(2)以一鍋煮法制備了石墨烯/SnO2/PpPD三元復(fù)合物。測(cè)試發(fā)現(xiàn)，當(dāng)GO、錫鹽、對(duì)苯二胺單體的投料比為1∶2∶8時(shí)，三元復(fù)合物的性能最優(yōu)，在5mV· s-1的掃描速率下，其最大比電容值可達(dá)777.5 F·g-1，且在2000次循環(huán)后可保持97.8％。此外，由復(fù)合材料組裝成的對(duì)稱型超級(jí)電容器的最大能量密度為19.51Wh·kg-1，其相應(yīng)

4、的功率密度為500.67 W·kg-1，而功率密度為5.0 kW·kg-1時(shí)的能量密度降低很大，僅為4.33 Wh·kg-1。
　　(3)改變金屬鹽的種類和形貌，選用納米棒狀MoO3作為第三種組分制備了石墨烯/MoO3/PpPD三元復(fù)合物。研究發(fā)現(xiàn)，棒狀的MoO3附著在石墨烯片層上改善了復(fù)合物的結(jié)構(gòu)，提高了材料整體的電化學(xué)性能。當(dāng)GO、鉬鹽、對(duì)苯二胺單體的投料質(zhì)量比為1∶4∶4時(shí)，所得三元復(fù)合物的最大比電容值高達(dá)1042.6 F·