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随着全球变暖和环境问题的日益严重,能源的开采和利用变得越来越困难。如何研发高效清洁的能源和储能设备是当今社会的焦点问题之一。超级电容器因其具有高比电容、高能量密度和功率密度、使用寿命长和对环境友好等优点被广泛应用于新能源汽车、移动设备、医疗器械和国防军事等方面。超级电容器的研究方向有很多,其电极材料是目前最热门的研究方向之一。
超级电容器常见的电极材料有碳基材料、过渡金属氧化物和导电聚合物三大类。在碳基材料中,石墨烯因其良好的导电性和巨大的表面积受到关注。但单一的石墨烯存在比电容量小等缺陷。研究发现,在石墨烯上附着钴镍等过渡金属的氧化物可以有效地增大材料的比电容量。已有的文献表明配体改性的氧化石墨烯与钴镍的三元复合物的制备已成为该领域的研究热点。
本论文用二乙三胺五乙酸(DTPA)作为配体对氧化石墨烯进行改性,通过水热法合成钴镍/DTPA/氧化石墨烯三元复合材料。对复合材料进行SEM、XRD、TGA等袁征,发现复合材料呈现片状结构,其可能存在Ni(OH)2和Co3O4等晶型,在低于300℃时有较好热稳定性。复合材料的电化学性能分析显示,复合材料具有很高的比电容量和库伦效率,符合赝电容器的特性,且复合材料比未加DTPA的钴镍/GO二元复合材料有更高的比电容。通过正交分析等方法探究复合材料的合适投料比,最终确定在有机配体投料为氧化石墨烯的五倍,同时DTPA/GO和钴、镍的投料比例为1∶10∶20时复合材料具有最大的比电容量,其在1A·g-1的电流密度下可以达到762.9F·g-1。将复合材料组装成锂离子电池,在蓝电系统充放电100循环进行测试,发现复合材料在加入DTPA后比电容大幅增高,同时稳定性也略有提升。
超级电容器常见的电极材料有碳基材料、过渡金属氧化物和导电聚合物三大类。在碳基材料中,石墨烯因其良好的导电性和巨大的表面积受到关注。但单一的石墨烯存在比电容量小等缺陷。研究发现,在石墨烯上附着钴镍等过渡金属的氧化物可以有效地增大材料的比电容量。已有的文献表明配体改性的氧化石墨烯与钴镍的三元复合物的制备已成为该领域的研究热点。
本论文用二乙三胺五乙酸(DTPA)作为配体对氧化石墨烯进行改性,通过水热法合成钴镍/DTPA/氧化石墨烯三元复合材料。对复合材料进行SEM、XRD、TGA等袁征,发现复合材料呈现片状结构,其可能存在Ni(OH)2和Co3O4等晶型,在低于300℃时有较好热稳定性。复合材料的电化学性能分析显示,复合材料具有很高的比电容量和库伦效率,符合赝电容器的特性,且复合材料比未加DTPA的钴镍/GO二元复合材料有更高的比电容。通过正交分析等方法探究复合材料的合适投料比,最终确定在有机配体投料为氧化石墨烯的五倍,同时DTPA/GO和钴、镍的投料比例为1∶10∶20时复合材料具有最大的比电容量,其在1A·g-1的电流密度下可以达到762.9F·g-1。将复合材料组装成锂离子电池,在蓝电系统充放电100循环进行测试,发现复合材料在加入DTPA后比电容大幅增高,同时稳定性也略有提升。