二氧化錳及二氧化錳-氧化石墨烯復(fù)合電極的超電容性能.pdf

1、超級電容器功率密度高、循環(huán)壽命長、對環(huán)境友好綠色無污染,是一種極具潛力的新型儲能元件,在電子通訊、重型機械、電動汽車等方面具有廣闊的應(yīng)用前景,是目前儲能元件的研究熱點。電極材料的性能是影響電容器性能的關(guān)鍵因素,因此超級電容器的研究重點集中在制備高性能電極材料。
　　本論文選擇性能良好、價廉易得且環(huán)境友好的碳材料和二氧化錳作為電極材料,利用Hummers法制備氧化石墨、化學(xué)還原法制備不同氧化程度氧化石墨烯;比較氧化還原沉積沉淀法和水

2、熱法制備二氧化錳的性能,并確定采用簡便低能耗的氧化還原沉積沉淀法制備二氧化錳與氧化石墨烯的復(fù)合物。采用SEM、TEM、XRD、XPS、FTIR分析樣品表面形貌、結(jié)構(gòu)和氧化石墨烯表面的含氧官能團(tuán);用四電極法測試氧化石墨烯粉末的導(dǎo)電率;通過TG分析復(fù)合物中二氧化錳的負(fù)載量;利用循環(huán)伏安和恒流充放電測試研究樣品的電容性能。
　　原始鱗片石墨經(jīng)氧化后層狀結(jié)構(gòu)消失、片層極薄、層間距由0.336 nm增大到0.875 nm,表面帶有大量的-O

3、H、-C=O和-COOH等含氧官能團(tuán);經(jīng)水合肼還原、冷凍干燥得到的氧化石墨烯表面出現(xiàn)大量褶皺和孔洞,片層只有3~10個碳層厚度,石墨化程度降低,表面含氧官能團(tuán)減少。導(dǎo)電率受還原時間影響,8 h得到的樣品電導(dǎo)率最高比原始氧化石墨高4個數(shù)量級。
　　兩種方法制備的二氧化錳均為四方晶相的α-MnO2,還原沉積沉淀法樣品晶化程度較低,由直徑小于10 nm的細(xì)長納米針相互無序搭疊;水熱法樣品晶化程度較高,為直徑在20 nm左右納米棒組成的海

4、膽狀規(guī)整形貌。1000次充放電后前者電容保持在85 F/g左右,保持率為90.04％;后者電容先增后減穩(wěn)定在74.2 F/g保持率為112.77%。
　　復(fù)合物電容性能主要受氧化石墨烯導(dǎo)電率影響,二氧化錳負(fù)載量是次要影響因素。氧化石墨烯表面含氧官能團(tuán)為二氧化錳提供形核著位點,既保證二氧化錳均勻分散和良好接觸,也因二氧化錳的插入促進(jìn)了氧化石墨烯片層分離。還原8小時氧化石墨烯與二氧化錳1:3復(fù)合物表現(xiàn)出較好的電容性能比電容達(dá)到124