二維材料-硫化銅復(fù)合電極性能及其在電容電池中的應(yīng)用研究.pdf

1、電容電池是一種介于鋰離子電池和超級(jí)電容器之間的儲(chǔ)能器件，兼有鋰離子電池的高能量密度和超級(jí)電容器的高功率密度、高循環(huán)壽命的特點(diǎn)，在現(xiàn)代能源器件開發(fā)與應(yīng)用中具有廣闊的前景。作為電容電池重要組成部分，電極材料是影響電池性能的關(guān)鍵因素，開發(fā)具有良好循環(huán)性能與高比容量特性的電極材料成為現(xiàn)代科研的重點(diǎn)。石墨烯具有非常高的理論比表面積、優(yōu)良的導(dǎo)電性和優(yōu)異的機(jī)械性能，是一種理想的雙電層電極材料，現(xiàn)已成為世界各國(guó)的能源研究的熱點(diǎn)。
　　本文以石墨烯

2、電極材料為研究對(duì)象，采用氧化石墨還原法制備得到石墨烯，對(duì)石墨烯電極的電容特性做了詳細(xì)研究。并以有機(jī)隔膜（celgard2032）、纖維素隔膜(日本NKK TF40-30)作為對(duì)比，研究了不同隔膜對(duì)石墨烯電極性能影響。用水熱法制備了電容電池用石墨烯-硫化銅復(fù)合電極材料。并利用掃描電鏡（SEM）、能譜儀（EDS）對(duì)產(chǎn)物的微觀結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了表征。采用交流阻抗法，循環(huán)伏安法和恒電流充放電法和對(duì)其進(jìn)行了電化學(xué)性能的研究。結(jié)論如下：
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3、1）采用氧化石墨還原法制備得到石墨烯。通過石墨烯與導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑混合制備模擬電容器電極片，對(duì)石墨烯電極的電容特性做了詳細(xì)研究。SEM結(jié)果表明石墨烯電極材料分散均勻，未發(fā)生團(tuán)聚。采用交流阻抗法，循環(huán)伏安法和恒電流充放電法和對(duì)其進(jìn)行了電化學(xué)性能的研究。測(cè)試結(jié)果表明，該材料制備的電極具有典型的電容性能，掃描速率為10mV·s-1時(shí)，樣品在1mol·L-1的H2SO4溶液中具有256F·g-1的比電容，經(jīng)過600次充放電循環(huán)后，比容量仍保持87

4、％。
　?。?）研究不同隔膜材料對(duì)石墨烯電極電容特性影響。結(jié)果表明：NKK電極顯示了較高的循環(huán)穩(wěn)定性，電極體系不僅極大地提高了比電容，而且還提高了電極材料的循環(huán)穩(wěn)定性。經(jīng)測(cè)試表明：celgard電極比電容最高達(dá)159F·g-1。在50mA/cm2電流密度下，恒流充放電循環(huán)600次，比電容維持初始值的50%。NKK電極比電容最高達(dá)260F·g-1。在50mA/cm2電流密度下，恒流充放電循環(huán)600次，比電容維持初始值的78%，顯示了

5、良好的電化學(xué)性能。
　?。?）單純的石墨烯電極材料很難得到較高的比電容，距離其理論值相去甚遠(yuǎn)，如何發(fā)揮出石墨烯本身的比電容潛力，盡可能的提高石墨烯電極比電容是眾多科研工作者面臨的的一個(gè)難題。采用水熱合成法制備了粒徑大小約50nm的納米球狀硫化銅電極材料，并通過與石墨烯材料的復(fù)合制備硫化銅/石墨烯復(fù)合電極材料，初步研究了CuS不同質(zhì)量比時(shí)復(fù)合電極的電化學(xué)性能。結(jié)果表明：CuS所占質(zhì)量比為20%的復(fù)合電極在50mA/cm2電流密度下，