錳基氧化物-三維石墨烯電極材料的設(shè)計合成及電化學(xué)性能研究.pdf

1、超級電容器是一種電化學(xué)電容器，是一種新型的儲能裝置。它具有快速的充放電性能、良好的循環(huán)穩(wěn)定性、高的功率密度、綠色環(huán)保無污染、工作溫度范圍廣等特點。根據(jù)儲能機制，超級電容器可以分為雙電層電容器，法拉第電容器和非對稱電容器。電極材料主要有金屬氧化物、碳材料、導(dǎo)電聚合物以及復(fù)合材料。三維石墨烯具有有大的比表面積和多級的孔結(jié)構(gòu)，是一種非常理想的超級電容器電極材料。錳的氧化物或氫氧化物價格便宜且具有很好的贗電容特性，但其較弱的電子導(dǎo)電性導(dǎo)致活性材

2、料利用率不高。因此將三維石墨烯和錳的氧化物或氫氧化物復(fù)合，可以得到同時具有高的導(dǎo)電性和比電容的電極材料。本論文的主要研究工作如下：
　　1.采用氨基化硅球為犧牲模板合成了三維石墨烯。為了提高電容性能，通過KMnO4與石墨烯的水熱反應(yīng)在三維石墨烯上沉積MnO2，即制備出MnO2/3D-G復(fù)合材料。通過XRD，CV和GCD表征分析，我們認為水熱反應(yīng)的時間為3h，得到的MnO2/3D-G-3的性能更好。利用XRD、FESEM、XPS、G

3、CD和CV等測試手段，分析了所制備MnO2/3D-G-3材料的特性。XRD、FESEM和XPS的結(jié)果證實納米MnO2顆粒附著在三維納米多孔的石墨烯上。電化學(xué)性能測量表明，在充放電電流密度為0.5A/g，電解液為1.0M Na2SO4時，MnO2/3D-G-3電極的放電比電容為310F/g。此外，電極材料經(jīng)過1000次循環(huán)后，容量保持率大約為88.3％。
　　2.通過二次水熱反應(yīng)制備出MnOOH/3D-rGO。利用SEM，CV和GC

4、D表征分析，得出當mMn2+/mGO為20%時，得到的MnOOH/3D-rGO-20的電化學(xué)性能更優(yōu)。而MnOOH/3D-rGO-20的XRD、TEM、FESEM和XPS的結(jié)果表明長為1μm和寬為15～20nm的納米針狀的MnOOH生長在3D-rGO上。電化學(xué)性能測量表明，當充放電電流密度為0.2、0.5、1.0和2.0A/g時，MnOOH/3D-rGO-20的單電極放電比電容分別為：327、273、242和200F/g，表現(xiàn)出良好的電