石墨烯/二氧化锰复合材料的制备及其在超级电容器上的应用

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超级电容器是一种比传统电容器具有更高能量密度的高性能储能器件,具有循环寿命长,环保,功率密度高等特点。本文中,主要研究了石墨烯的制备以及石墨烯/二氧化锰复合材料的超级电容器性能。制备石墨烯主要是采用还原氧化石墨烯法。通过hummers法制备了氧化石墨,利用高温裂解法来还原氧化石墨。分别利用共沉淀法和原位法制备了石墨烯/二氧化锰复合材料。通过XRD,SEM,TEM以及XPS表征获得的石墨烯及石墨烯/二氧化锰复合材料的表观形貌以及材料结构,利用恒流充放电,循环伏安以及交流阻抗等手段测试了所制得的石墨烯及石墨烯/二氧化锰复合材料的电化学性能,实验结论如下:1.通过XRD,SEM,XPS表征分析,我们认为制备氧化石墨时中温反应时间为120min,热解氧化石墨温度在800℃以上,热解时间为30s时能够获得剥离效果更好的石墨烯。水合肼处理能够使石墨烯中的含氧官能团进一步减少。电化学测试表明,石墨烯的比电容为143Fg-1,具有良好的可逆性及循环稳定性,其等效电阻仅为0.3Ω。2.通过共沉淀法制备二氧化锰时发现,当反应物KMnO4,Mn(Ac)2浓度分别为0.01,0.01mol/L时,获得的二氧化锰具有更好的电化学性能。通过这种方法制得的石墨烯/二氧化锰中的二氧化锰具有无定形的结构,存在的少量二氧化锰微晶为α-MnO2,当延长混合时间制得的复合材料二氧化锰的结晶度会增加,并略微降低材料的电化学稳定性。通过制备不同石墨烯质量分数的复合材料发现,当石墨烯质量分数为26.5%时,我们获得的复合材料具有最好的电化学性能,具有312Fg-1的比电容,循环性能较好。3.我们通过原位法制备获得了的石墨烯/二氧化锰复合材料。研究发现,通过加入稀硫酸的方法制备获得的复合材料具有更大的电容值。加入表面活性剂会影响复合材料中二氧化锰的表面形貌。通过对获得的复合材料进行电化学测试发现,原位法制备的复合材料具有良好的电容性能,其中C-1首次放电达到了275Fg-1,具有良好的循环性能。
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