基于MnO2和石墨烯電極的超級(jí)電容器特性研究.pdf

1、超級(jí)電容器是一種介于傳統(tǒng)電容器與二次電池之間的新型儲(chǔ)能器件，具有充電時(shí)間快、功率密度高等眾多優(yōu)點(diǎn)，但能量密度卻有待提高。電極材料是影響超級(jí)電容器性能的關(guān)鍵因素，從電極材料入手，提高能量密度有兩種途徑，一是提高電極材料的比電容；二是將不同電位窗口的電極材料組裝成非對(duì)稱超級(jí)電容器，以提高器件的工作電壓窗口。基于這兩種方法，本文制備了δ-MnO2、還原氧化石墨烯、MnO2/石墨烯的復(fù)合物三種電極材料，利用X-射線衍射、掃描電子顯微鏡與拉曼測(cè)試

2、對(duì)材料進(jìn)行了形貌結(jié)構(gòu)表征，并以1 M的Na2SO4溶液做電解液，對(duì)三種電極材料及組裝的器件進(jìn)行了循環(huán)伏安、恒電流充放電、交流阻抗等電化學(xué)測(cè)試。
　　本文的主要工作及創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　1.利用水熱法制備二氧化錳材料，逐步深入探討了水熱法的時(shí)間，溫度、原料配比、分散劑、pH等不同的實(shí)驗(yàn)條件對(duì)所得的MnO2材料的結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響。創(chuàng)新性地利用梯度的溫度處理方法對(duì)所得MnO2材料進(jìn)行優(yōu)化，最終發(fā)現(xiàn)降梯度140-120-100℃

3、的溫度處理方法所得的無定型與微結(jié)晶狀共存的δ-MnO2的電化學(xué)性能最為優(yōu)異，最大比電容可達(dá)180.25 F/g；當(dāng)電流密度升至13 A/g時(shí)，比電容仍有117 F/g；以50 mV/s的掃描速率循環(huán)1000圈后，比電容仍保留94％。
　　2.用改進(jìn)的Hummers法制備了氧化石墨烯，并研究了水合肼化學(xué)還原、熱還原、水熱還原三種不同的還原方式制得的石墨烯。發(fā)現(xiàn)水熱還原氧化石墨烯性能最優(yōu)，比電容最高可達(dá)128.81 F/g，在13 A

4、/g的電流密度下比電容仍為94.25 F/g。在50 mV/s的掃速下循環(huán)1000圈，比電容仍保留99%。
　　3.通過一步水熱法將MnO2與石墨烯進(jìn)行復(fù)合，創(chuàng)新性地采用了過量的高錳酸鉀，致使復(fù)合過程中存在插層復(fù)合與原位復(fù)合兩種復(fù)合方式，形成MnO2/石墨烯/MnO2三明治結(jié)構(gòu)，最高比電容可達(dá)193.38 F/g，50 mV/s的掃描速度下，循環(huán)1000圈后比電容仍保留98%。
　　4.選取性能最優(yōu)的復(fù)合物做正極、還原氧化石