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超级电容器是近年来发展迅速的一种新型的储能装置。与传统二次电池相比,具有使用寿命长、功率密度高等优点,使其在便携式电子设备、混合动力电动汽车等方面的应用得到重视。超级电容器的核心部件是电极材料。目前常用的电极材料主要包括金属氧化物、导电聚合物材料以及碳材料等。在这些材料中,金属氧化物研究广泛,表现出良好的电化学性能,但是贵金属氧化物如RuO2材料等价格昂贵,因此研究开发成本低、无污染、性能高的超级电容器电极材料势在必行,而且也是当前研究的热点和发展方向。
本文制备了以金属氧化物为基础的复合电极材料,采用X射线衍射、红外光谱和扫描电子显微镜等手段对所制备材料的微观结构和形貌做了表征;将所制备的活性材料组装成电极,采用循环伏安法、恒电流计时电位法和电化学阻抗等电化学手段测试了所制备电极材料的电化学性能。
本论文主要的研究内容归纳如下:
(1)通过改进的Hummers法和水热法制得还原氧化石墨烯与CoFe2O4的复合材料RGO-CoFe2O4作为超级电容器电极材料。结果表明,还原后的复合材料RGO-CoFe2O4的比电容要远远大于RGO和未还原的GO-CoFe2O4以及单纯的CoFe2O4。经过1000次循环后,复合材料RGO-CoFe2O4电极的比容量保持率为81.1%,证明复合电极具有较好的电化学可逆性。
(2)制备并研究了氧化石墨烯与Fe2O3的复合材料的GO-Fe2O3的电化学性能。形貌测试表明,GO呈现典型的片层状结构。电化学分析结果显示,GO含量为33 wt%的复合材料GO-Fe2O3的比电容要大于其他比例的复合材料。经过1000次循环后,GO含量为33 wt%的复合材料GO-Fe2O3电极的比容量保持率为80.9%,稳定性较好。
(3)采用共沉淀法制备了纳米尺寸的Fe3O4掺杂改性活性炭作为超级电容器电极材料并研究了它们的电化学性能。结果表明,当掺杂的Fe3O4在活性材料中的质量比为10%时,复合电极的比电容可达154.3 F g-1,是纯活性炭电极和纯Fe3O4电极比电容的大约两倍,而且多次充放电后性能稳定。