超级电容器用还原氧化石墨烯/二氧化锰复合材料的制备及其电化学性能

来源 :内蒙古科技大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:liuxinjialo
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作为一种新型储能器件,超级电容器具有高功率密度与长循环寿命等特点。因此,对超级电容器用材料特别是电极材料的研究成为当前材料科学的研究热点。目前电极材料主要有三大类:碳材料、金属氧化物和导电聚合物。其中,针对石墨烯与二氧化锰(MnO2)的研究尤其活跃。通过材料复合,发挥各类材料的优势,最终达到理想的电极材料是这一领域的研究前沿。但这类复合材料制备路线一般较长,且未能较好地利用前驱体固有特性,成为应用上的难题。为解决此难题,本文通过一步法制备了还原氧化石墨烯/MnO2(rGO/M)复合材料,同时探究了电极制作工艺与水系电解液类型对电极材料电化学性能的影响。首先,采用改进的Hummers法制得了氧化石墨烯(GO)。X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)、Raman光谱和热重(TG)分析等表征显示,GO成功地制备,这为后续实验提供了有利条件。其次,将GO通过低温简单热处理,得到低温还原氧化石墨烯(lrGO),并制成电极,研究了压片压力和水系电解液类型对其电化学性能的影响。结果显示,在压片压力为10MPa时,lrGO的比电容值最大,压力过大或过小都会使比电容值降低;水系电解液中,与Na2SO4相比,H2SO4电解液更有利于比电容值的提升。最后,通过水热法,利用GO自身的氧化官能团氧化作为锰源的Mn2+,一步合成了rGO/M复合电极材料,采用XRD、FTIR、FESEM等测试手段进行表征。结果显示,在rGO/M复合电极材料中,rGO呈现褶皱的片层结构,在片层间夹杂弥散30~60nm的无定形MnO2,而且rGO未被完全还原仍含有部分氧化官能团。同时,通过循环伏安、交流阻抗和恒流充放电等方法研究了rGO/M的电化学性能。结果显示,rGO/M复合材料展示了较高的比电容、倍率特性和循环稳定性。在1A/g的电流密度下,所得rGO/M复合电极的比电容可达277F/g,当扫描速率达到50mV/s时,比电容值仍然能够保持较高的173F/g,经过500次恒流充放电循环测试后,比电容值的保持率可达到98%。
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