石墨烯-碳納米管-二氧化錳空心復(fù)合微球的制備及其在超級(jí)電容器中的應(yīng)用研究.pdf

1、超級(jí)電容器因功率密度高、循壞壽命長(zhǎng)、安全性能好等特性，成為目前最受關(guān)注的電能儲(chǔ)存器件之一，但因能量密度較低而使其應(yīng)用受到了一定的限制。影響超級(jí)電容器性能的主要因素之一是電極材料，現(xiàn)階段超級(jí)電容器的主要電極材料有碳材料、過(guò)渡金屬氧化物。碳材料主要指的是石墨烯(GR)和碳納米管(CNTs)等，因具有導(dǎo)電性好、比表面積大等優(yōu)點(diǎn)而成為電極材料研究的重點(diǎn)，但是，因GR、CNTs等電極材料在制備過(guò)程中存在容易堆疊、團(tuán)聚等問(wèn)題，導(dǎo)致比容量不高，從而阻

2、礙了其在超級(jí)電容中的應(yīng)用。過(guò)渡金屬氧化物二氧化錳(MnO2)具有制備工藝簡(jiǎn)單、資源豐富、環(huán)境友好以及理論比容量高等優(yōu)點(diǎn)，成為目前最具潛力的金屬氧化物電極材料之一，但它也存在導(dǎo)電性相對(duì)較弱、循環(huán)穩(wěn)定性較差等問(wèn)題。因此，如何充分發(fā)揮各種電極材料的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而制備出高性能的超級(jí)電容器便成為研究的重點(diǎn)。
　　本論文為了有效地克服GR堆疊、團(tuán)聚等問(wèn)題，并進(jìn)一步增大比表面積，分別采用聚苯乙烯(PS)和二氧化硅(SiO2)為模板制備了還原氧化石墨

3、烯(RGO)空心微球和石墨烯(GR)空心微球，并首次提出將其與CNTs、MnO2進(jìn)行復(fù)合，利用各組分間的協(xié)同效應(yīng)，制備出了比容量較大、導(dǎo)電率較高的空心復(fù)合微球電極材料。主要研究工作如下:
　　利用乳液聚合法制備了PS微球，并以此為模板，通過(guò)溶液混合法制備了聚苯乙烯/氧化石墨烯(PS/GO)復(fù)合微球，給出PS∶GO的質(zhì)量比10∶1、反應(yīng)溫度70℃時(shí)為包覆的最佳條件。通過(guò)水合肼還原、刻蝕模板后制得RGO空心微球。
　　采用Sto

4、ber法制備了SiO2微球，并將其作為模板，采用間二苯酚-甲醛作為包覆材料，通過(guò)在CVD爐里600℃炭化及800℃石墨化處理，并刻蝕掉模板得到GR空心微球。
　　通過(guò)溶液混合法和CVD法分別在RGO空心微球和GR空心微球上復(fù)合CNTs，再通過(guò)水浴法制備了MnO2，并將其分別與CNTs、MnO2復(fù)合形成三元空心復(fù)合材料，即RGO/CNTs/MnO2和GR/CNTs/MnO2空心復(fù)合微球材料。在1mol/L的Na2SO4電解液中，在5