二氧化錳及二氧化錳-氧化石墨烯復(fù)合電極的超電容性能.pdf

1、超級(jí)電容器功率密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、對(duì)環(huán)境友好綠色無(wú)污染,是一種極具潛力的新型儲(chǔ)能元件,在電子通訊、重型機(jī)械、電動(dòng)汽車等方面具有廣闊的應(yīng)用前景,是目前儲(chǔ)能元件的研究熱點(diǎn)。電極材料的性能是影響電容器性能的關(guān)鍵因素,因此超級(jí)電容器的研究重點(diǎn)集中在制備高性能電極材料。
　　本論文選擇性能良好、價(jià)廉易得且環(huán)境友好的碳材料和二氧化錳作為電極材料,利用Hummers法制備氧化石墨、化學(xué)還原法制備不同氧化程度氧化石墨烯;比較氧化還原沉積沉淀法和水

2、熱法制備二氧化錳的性能,并確定采用簡(jiǎn)便低能耗的氧化還原沉積沉淀法制備二氧化錳與氧化石墨烯的復(fù)合物。采用SEM、TEM、XRD、XPS、FTIR分析樣品表面形貌、結(jié)構(gòu)和氧化石墨烯表面的含氧官能團(tuán);用四電極法測(cè)試氧化石墨烯粉末的導(dǎo)電率;通過(guò)TG分析復(fù)合物中二氧化錳的負(fù)載量;利用循環(huán)伏安和恒流充放電測(cè)試研究樣品的電容性能。
　　原始鱗片石墨經(jīng)氧化后層狀結(jié)構(gòu)消失、片層極薄、層間距由0.336 nm增大到0.875 nm,表面帶有大量的-O

3、H、-C=O和-COOH等含氧官能團(tuán);經(jīng)水合肼還原、冷凍干燥得到的氧化石墨烯表面出現(xiàn)大量褶皺和孔洞,片層只有3~10個(gè)碳層厚度,石墨化程度降低,表面含氧官能團(tuán)減少。導(dǎo)電率受還原時(shí)間影響,8 h得到的樣品電導(dǎo)率最高比原始氧化石墨高4個(gè)數(shù)量級(jí)。
　　兩種方法制備的二氧化錳均為四方晶相的α-MnO2,還原沉積沉淀法樣品晶化程度較低,由直徑小于10 nm的細(xì)長(zhǎng)納米針相互無(wú)序搭疊;水熱法樣品晶化程度較高,為直徑在20 nm左右納米棒組成的海

4、膽狀規(guī)整形貌。1000次充放電后前者電容保持在85 F/g左右,保持率為90.04％;后者電容先增后減穩(wěn)定在74.2 F/g保持率為112.77%。
　　復(fù)合物電容性能主要受氧化石墨烯導(dǎo)電率影響,二氧化錳負(fù)載量是次要影響因素。氧化石墨烯表面含氧官能團(tuán)為二氧化錳提供形核著位點(diǎn),既保證二氧化錳均勻分散和良好接觸,也因二氧化錳的插入促進(jìn)了氧化石墨烯片層分離。還原8小時(shí)氧化石墨烯與二氧化錳1:3復(fù)合物表現(xiàn)出較好的電容性能比電容達(dá)到124