氧化釕-石墨烯復(fù)合材料的制備及其超級(jí)電容器性能研究.pdf

1、超級(jí)電容器作為一種新型儲(chǔ)能裝置具有高放電比功率、優(yōu)異的瞬時(shí)充放電性能、循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展,可作為無(wú)污染的小型后備電源應(yīng)用更加廣泛。超級(jí)電容器所采用的電極材料是影響其性能的關(guān)鍵,為了提高其性能,首先要制備高能量密度、高功率密度、大比容量的電極材料。當(dāng)前應(yīng)用于商業(yè)化超級(jí)電容器的電極材料主要是以雙電層理論為儲(chǔ)能機(jī)理的活性炭材料和以氧化還原反應(yīng)贗電容為儲(chǔ)能機(jī)理的金屬氧化物,其中金屬氧化物因其更高的能量密度及循環(huán)壽命而引起關(guān)注。

2、在金屬氧化物中,RuO2的優(yōu)勢(shì)極為突出,容量及循環(huán)壽命等特性是其它金屬氧化物所不能及的,但是價(jià)格昂貴,限制了其工業(yè)化應(yīng)用和推廣
　　 石墨烯材料由于其獨(dú)特的物理化學(xué)性能引起科學(xué)家們的廣泛關(guān)注,將石墨烯材料制備成雙電層電容器電極,其特有的層狀結(jié)構(gòu)有利于電解液在其內(nèi)部迅速擴(kuò)散,實(shí)現(xiàn)電子元件的瞬時(shí)間大功率充放電。本論文通過(guò)大量的資料調(diào)研,緊跟該領(lǐng)域的國(guó)際研究前沿,采用氧化還原法制備了石墨烯材料,膠體法制各了無(wú)定形氧化釕材料以及共沉淀法

3、合成了氧化釕/石墨烯納米復(fù)合材料,并將其應(yīng)用于超級(jí)電容器中對(duì)其電化學(xué)性能進(jìn)行研究,得出以下結(jié)論:
　　 1、以鈦片為集流體,石墨烯電極材料,在1 mol·L-1的H2SO4的電解液中,電化學(xué)性能測(cè)試表明,石墨烯電極材料具有明顯的雙電層電容特性,石墨烯電容器在0～1V的工作電壓內(nèi)具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性和功率特性。
　　 2、采用膠體法制備了無(wú)定形氧化釕材料,通過(guò)電鏡表征觀(guān)察,氧化釕材料顆粒較細(xì),粒徑小于50nm,顆粒間有部分

4、團(tuán)聚現(xiàn)象,通過(guò)電化學(xué)測(cè)試氧化釕材料具備較高的比容量,在1A/g的電流密度下首次放電比容量達(dá)802F/g。且循環(huán)壽命較好,經(jīng)過(guò)3000次循環(huán)后比容量仍有416F/g
　　 3、采用共沉淀的方法合成了氧化釕/石墨烯納米復(fù)合材料,氧化釕與一定量的石墨烯復(fù)合后,氧化釕顆粒間的團(tuán)聚明顯下降,復(fù)合后氧化釕的電化學(xué)性能得到較大提升,循環(huán)壽命與充放電穩(wěn)定性相比純氧化釕材料高出許多,純的氧化釕材料經(jīng)過(guò)2000次循環(huán)充放電后,容量出現(xiàn)大幅下降,在復(fù)

5、合材料中,當(dāng)石墨烯含量為5％時(shí),復(fù)合材料表現(xiàn)出相當(dāng)優(yōu)異的電化學(xué)性能,在2A/g的電流密度下,首次放電比容量為740F/g,經(jīng)過(guò)8000次深度充放電循環(huán)后,容量仍能保持71%。
　　 4、以氧化釕為正極、石墨烯為負(fù)極組裝成混合電容器,當(dāng)正負(fù)極質(zhì)量比為1:4時(shí),混合電容器具有較佳的比容量為50.7F/g。在1A/g的電流密度下,電容器的比能量和比功率分別為14.1Wh/kg和233.3W/kg。循環(huán)穩(wěn)定性出色,在2000次充放電循環(huán)