论文部分内容阅读
超级电容器作为一种成熟的能量存储装置,已经在电子、运输、能源再生和航天航空领域都有了广泛的应用。超级电容器按照存储电荷的机理不同,可以分为双电层电容器、赝电容电容器以及二者的混合型电容器。双电层电容器的电容主要依靠电极材料表面提供,但材料比表面积有限。赝电容电容器主要依靠法拉第氧化还原来提供,赝电容电容器所提供的比电容远远大于双电层电容,但自身导电性低、循环稳定性差。如何最大限度的发挥两者的优点是目前超级电容器电极材料所面临的挑战和迫切要解决的问题。石墨烯具有较特殊的纳米结构及诸多优异的性能,使其已经在光学、电子学、生物医学、储能、传感器、及磁性等诸多领域显示出了巨大的应用潜能。但是石墨烯的制备一直存在易团聚的问题,因此寻找避免团聚的石墨烯制备方法迫在眉睫。为了解决石墨烯易团聚的问题并结合双电层电容器与赝电容电容器的优点,本文采用一步电化学插层方法与两步电化学插层方法制备石墨烯。一步电化学插层法和两步电化学插层法的插层电解液均选取H2SO4体系（50%H2SO4）、Lignin体系（50%H2SO4+0.99wt.%Lignin）和Tannin体系（50%H2SO4+0.99 wt.%Tannin）三种类型。一步电化学插层法采用1.8 V与5 V两个电位进行恒压插层,通过Raman表征发现在两个电压条件下均可以实现插层过程。进行电化学性能测试,5 V电位下插层制备的插层石墨材料具有更好的电化学性能。两步电化学插层分为先低压后高压（xV-5V,x=1.2、1.8、2）与先高压后低压（5V-xV,x=1.2、1.8、2）两种方式进行探究。5V-xV方式与xV-5V方式相比具有更好的电化学性能。H2SO4体系在5V-1.8V的插层条件下具有最优电容值83.69 F/g,Lignin体系在5V-2V的插层条件下具有最优电容值65.19 F/g,Tannin体系在5V-1.8V的插层条件下具有最优电容值43.88F/g。为了在两步电化学插层最优性能的基础上进一步提高电极材料的电化学性能,我们对插层后的电极材料进行微波热处理1 min后,得到3 D石墨烯,然后在0.1M H2SO4+0.15 M MnSO4体系中1.5 V电压下反应20 min,随后进行抽滤、烘干后得到电极材料。其中石墨烯提供双电层电容,插入的MnO2提供赝电容得到具有优异电化学性能的电极材料。在H2SO4体系、Lignin体系和Tannin体系中制备的复合电极材料在1 mV/s下电容值分别为46.5 F/g、316.81 F/g、179 F/g。插入木质素与单宁酸制备的电极材料的比电容值是仅插入硫酸的体系的6.81倍与3.85倍。其中在Lignin体系中制备的电极材料在5 A/g条件下循环1000次,电容保持率为97.62%。综上所述,加入木质素与单宁酸制备的MnO2/石墨烯复合电极材料具有有意的电化学性能并且具有很大的提升空间。