二維材料制備及其在超級電容器中的性能研究.pdf

1、超級電容器以其瞬時大功率輸出、充放電快速高效、超長循環(huán)壽命、高可靠性等特點(diǎn)，正被廣泛應(yīng)用于智能電網(wǎng)、軌道交通、重型機(jī)械和國防軍工等領(lǐng)域，發(fā)展?jié)摿薮?。電極材料對超級電容器的性能和成本起著決定性的作用，新發(fā)現(xiàn)的二維材料具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和先進(jìn)的物電性能，因此，探索二維材料的制備及其在超級電容器中的應(yīng)用具有重要的意義。
　　本文以采用改進(jìn)的Hummers方法和溶劑熱還原法制備還原氧化石墨烯（rGO）為研究對象，再通過水熱反應(yīng)法分別合成rG

2、O、氧化釕（RuO2）和多壁碳納米管（MWNTs）的二元及三元復(fù)合材料，采用不同工藝流程制備了復(fù)合電極。利用X射線衍射、掃描電子顯微鏡和熱重分析等手段對復(fù)合電極材料的物理結(jié)構(gòu)和組成進(jìn)行表征和分析，采用循環(huán)伏安、交流阻抗、恒電流充放電等方法研究了不同工藝條件對復(fù)合電極超級電容性能的影響，得出如下結(jié)論：
　　1.通過水熱反應(yīng)法合成rGO/RuO2復(fù)合材料，能有效減少rGO層與層之間的堆疊，提高比表面積利用率，同時改善RuO2的分散性，

3、表現(xiàn)出較好的電化學(xué)性能。當(dāng)采用15MPa成型壓力，rGO與RuO2質(zhì)量比為1:3，乙炔黑所占質(zhì)量比為10％，聚偏氟乙烯所占質(zhì)量比達(dá)到10%時制備的復(fù)合電極比容量最高，可達(dá)403F/g，交流等效阻抗0.562Ω，在20mA/cm2和50mA/cm2電流密度下平均功率密度分別為2.02kW/kg和12.17kW/kg，800次循環(huán)后容量保持率高達(dá)89%，阻抗變化小于20%。
　　2.通過水熱反應(yīng)法合成的MWNTs/RuO2復(fù)合材料，在

4、采用10MPa成型壓力和1h的MWNTs酸化時間，MWNTs與RuO2質(zhì)量比為4:3條件下制備的復(fù)合電極比容量最高，可達(dá)441F/g，交流等效阻抗1.052Ω，在20mA/cm2電流密度下平均功率密度為2.21kW/kg，800次循環(huán)后容量保持率高達(dá)86%，阻抗變化小于30%。與rGO/RuO2電極相比，MWNTs/RuO2電極的RuO2負(fù)載量較少，由于MWNTs的比表面積利用率較高，反而具有更高的比容量，但阻抗特性、倍率特性和循環(huán)性能

5、略低于rGO/RuO2電極。
　　3.分別用直接水熱合成法和層層組裝法制備rGO-MWNTs/RuO2三元復(fù)合電極，比容量分別為633F/g和978F/g，交流等效阻抗分別為0.233Ω和0.351Ω，在20mA/cm2電流密度下平均功率密度分別為3.17kW/kg和4.9kW/kg，800次循環(huán)后容量保持率分別為85%和81%，阻抗變化都小于30%。三元復(fù)合材料將RuO2負(fù)載在rGO與MWNTs搭建的立體碳架構(gòu)上，相比二元復(fù)合材