超級電容器用石墨烯及其復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、超級電容器,又稱電化學(xué)電容器,是一種很有應(yīng)用前景的電化學(xué)儲能設(shè)備。超級電容器相比電池具有更高的功率密度和更持久的循環(huán)壽命,因為其快速的能量轉(zhuǎn)移速度,被人們喻為“百米運動員”。石墨烯具有導(dǎo)電性高、理論比表面積大等獨特的性能,使其成為目前超級電容器電極材料的研究熱點,而其中石墨烯復(fù)合材料因為具較高的能量密度更是研究的重中之重。
　　本文分別制備了石墨烯及石墨烯/碳納米管/Ni(OH)2復(fù)合材料,并通過X射線衍射、BET比表面積測試、掃

2、面電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、循環(huán)伏安測試、電化學(xué)阻抗譜、充放電測試等分析手段對材料的物化性能和電化學(xué)性能進行表征。
　　以鱗片石墨為原料采用改進的Hummers法制備氧化石墨,并通過化學(xué)還原法制備石墨烯,研究硼氫化鈉和抗壞血酸這兩種還原劑還原制得的石墨烯的性能。結(jié)果表明以抗壞血酸作為還原劑制得的石墨烯具有更優(yōu)越的性能,在0.2A/g的電流密度下,材料的比電容達132F/g,在不同電流密度下經(jīng)過300次循環(huán)后,比電容保持在113F

3、/g(2A/g),體現(xiàn)了良好的倍率及循環(huán)穩(wěn)定性能。
　　采用沉淀法制備碳納米管/Ni(OH)2復(fù)合材料,研究復(fù)合材料的不同配比對其性能的影響。測試結(jié)果表明,碳納米管的加入能夠有效的提高Ni(OH)2的比電容及倍率性能。當復(fù)合材料的配比為1:1時,不僅具有較高的比電容而且倍率性能也有很大的提高,在較大電流密度下(2A/g),其比電容最大,為350F/g。因此,本文選用該配比的復(fù)合材料作為合成石墨烯/碳納米管/Ni(OH)2三元復(fù)合材

4、料的原材料。
　　石墨烯/碳納米管/Ni(OH)2復(fù)合材料通過化學(xué)還原及超聲分散這兩種方法制備。研究表明超聲分散法制備的材料具有更好的電化學(xué)性能,石墨烯的加入進一步提高了碳納米管/Ni(OH)2復(fù)合材料的比電容及倍率性能。其中質(zhì)量配比為1:5的復(fù)合材料在不同電流密度下經(jīng)過300次循環(huán)后比電容最大,保持在460F/g(2A/g)。以該材料組裝的非對稱型電容器同樣體現(xiàn)出了良好的電化學(xué)性能性能,在0.5A/g的電流密度下電容器的能量密度