二維材料-硫化銅復(fù)合電極性能及其在電容電池中的應(yīng)用研究.pdf

1、電容電池是一種介于鋰離子電池和超級電容器之間的儲能器件，兼有鋰離子電池的高能量密度和超級電容器的高功率密度、高循環(huán)壽命的特點，在現(xiàn)代能源器件開發(fā)與應(yīng)用中具有廣闊的前景。作為電容電池重要組成部分，電極材料是影響電池性能的關(guān)鍵因素，開發(fā)具有良好循環(huán)性能與高比容量特性的電極材料成為現(xiàn)代科研的重點。石墨烯具有非常高的理論比表面積、優(yōu)良的導(dǎo)電性和優(yōu)異的機械性能，是一種理想的雙電層電極材料，現(xiàn)已成為世界各國的能源研究的熱點。
　　本文以石墨烯

2、電極材料為研究對象，采用氧化石墨還原法制備得到石墨烯，對石墨烯電極的電容特性做了詳細研究。并以有機隔膜（celgard2032）、纖維素隔膜(日本NKK TF40-30)作為對比，研究了不同隔膜對石墨烯電極性能影響。用水熱法制備了電容電池用石墨烯-硫化銅復(fù)合電極材料。并利用掃描電鏡（SEM）、能譜儀（EDS）對產(chǎn)物的微觀結(jié)構(gòu)和形貌進行了表征。采用交流阻抗法，循環(huán)伏安法和恒電流充放電法和對其進行了電化學(xué)性能的研究。結(jié)論如下：
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3、1）采用氧化石墨還原法制備得到石墨烯。通過石墨烯與導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑混合制備模擬電容器電極片，對石墨烯電極的電容特性做了詳細研究。SEM結(jié)果表明石墨烯電極材料分散均勻，未發(fā)生團聚。采用交流阻抗法，循環(huán)伏安法和恒電流充放電法和對其進行了電化學(xué)性能的研究。測試結(jié)果表明，該材料制備的電極具有典型的電容性能，掃描速率為10mV·s-1時，樣品在1mol·L-1的H2SO4溶液中具有256F·g-1的比電容，經(jīng)過600次充放電循環(huán)后，比容量仍保持87

4、％。
　?。?）研究不同隔膜材料對石墨烯電極電容特性影響。結(jié)果表明：NKK電極顯示了較高的循環(huán)穩(wěn)定性，電極體系不僅極大地提高了比電容，而且還提高了電極材料的循環(huán)穩(wěn)定性。經(jīng)測試表明：celgard電極比電容最高達159F·g-1。在50mA/cm2電流密度下，恒流充放電循環(huán)600次，比電容維持初始值的50%。NKK電極比電容最高達260F·g-1。在50mA/cm2電流密度下，恒流充放電循環(huán)600次，比電容維持初始值的78%，顯示了

5、良好的電化學(xué)性能。
　?。?）單純的石墨烯電極材料很難得到較高的比電容，距離其理論值相去甚遠，如何發(fā)揮出石墨烯本身的比電容潛力，盡可能的提高石墨烯電極比電容是眾多科研工作者面臨的的一個難題。采用水熱合成法制備了粒徑大小約50nm的納米球狀硫化銅電極材料，并通過與石墨烯材料的復(fù)合制備硫化銅/石墨烯復(fù)合電極材料，初步研究了CuS不同質(zhì)量比時復(fù)合電極的電化學(xué)性能。結(jié)果表明：CuS所占質(zhì)量比為20%的復(fù)合電極在50mA/cm2電流密度下，