石墨烯基復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、超級電容器是一種新興的具有應(yīng)用前景的電化學(xué)儲能設(shè)備，具有功率密度大、循環(huán)壽命長、快速充放電等特點(diǎn)。同時，由于其無污染、高效的優(yōu)良特性，受到越來越多的關(guān)注。在超級電容器的電極材料中，石墨烯越來越受到人們的重視，由于具有較高的比表面積和優(yōu)良的導(dǎo)電性等特點(diǎn)。此外，金屬硫化物由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的電化學(xué)性能，在儲能方面前景廣闊，因此對超級電容器來說它是一種理想的電極材料。但是單純的金屬硫化物導(dǎo)電性相對于碳基材料如石墨烯等還比較低，難以獲得較大

2、的電容量。為此，將石墨烯與金屬硫化物復(fù)合，設(shè)計(jì)、制備高性能的電極材料。對所制備的材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征和電化學(xué)測試研究。在此基礎(chǔ)上，將制備的電極進(jìn)行非對稱超級電容器組裝及應(yīng)用測試，研究結(jié)果表明所制備材料具有較高的應(yīng)用價(jià)值和潛力。
　　具體研究內(nèi)容如下:
　　(1)通過水熱方法制備MoS2/GNS復(fù)合材料，對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征及電化學(xué)性能測試。測試表明MoS2/GNS具有較高的比容量，在電流密度為2A·g-1時比電容可以達(dá)到320F·g

3、-1。此外，以MoS2/GNS為負(fù)極，MnO2/GNS為正極組裝非對稱超級電容器。該超級電容器具有優(yōu)異的電化學(xué)性能，能量密度為78.9Wh·kg-1。經(jīng)過5000圈循環(huán)測試，電容保持率為90％，表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。因此，對于新一代的存儲系統(tǒng)來說MoS2/GNS復(fù)合材料是非常有潛力的。
　　(2)采用水熱方法制備MnCo2O4/GNS與MnCo2S4/GNS復(fù)合材料。利用掃描電子顯微鏡(S EM)、透射電子顯微鏡(TEM)等手段

4、對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。將制備的MnCo2O4/GNS與MnCo2S4/GNS復(fù)合材料作為工作電極在三電極體系下測試電化學(xué)性能。結(jié)果表明，MnCo2S4/GNS材料具有較高的比電容。在2mV·s-1的掃描速度下，比容量為1522F·g-1。同時，MnCo2S4/GNS復(fù)合材料具有較小的電化學(xué)阻抗。因此，MnCo2S4/GNS復(fù)合材料作為電極表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。
　　(3)采用水熱方法將NiCo2S4與氧化石墨直接復(fù)合，得到NiCo2

5、S4/GNS復(fù)合材料，該電極材料表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能，如較高的比容量，在2mV·s-1的掃描速度下，比容量為2228F·g-1。并且，NiCo2S4/GNS復(fù)合材料有較好的循環(huán)穩(wěn)定性，在100mV·s-1掃描速度下循環(huán)10000次后，比容量仍可保持其初始值的85.6％。以NiCo2S4/GNS復(fù)合電極為正極、氮摻雜石墨烯材料為負(fù)極組裝成非對稱超級電容器，在功率密度為432.6W·kg-1時，能量密度可以達(dá)到102.1Wh·kg-1，表