二元过渡金属氧化物与石墨烯复合物的制备及其电容性能研究

• 作 者: 秦嘉
• 机 构: 哈尔滨工程大学
• 出 处: 哈尔滨工程大学
• 发表日期: 2017年期
• 关键词: 超级电容器 复合材料 过渡金属氧化物 石墨烯 电容性能 电极材料

随着社会的快速发展，便携式电子产品对电源的要求越来越高，而现有的电能储存器件普遍存在着充放电时间长、功率密度低、循环稳定性差等问题，并不能很好地满足实际应用的需要。因此，开发具有充放电时间更短、功率密度更高、循环稳定性更好等特性的新一代储能器件具有重要的意义。作为一种具有广阔发展前景的新型储能器件，超级电容器具有功率密度高、倍率性能好及循环寿命长等特点。对超级电容器而言，其性能主要取决于电极材料的性能，电极材料的电化学特性越好，电容器的性能就越好。但是，单一的电极材料受自身缺陷的限制很难满足实际应用的需求，而基于不同材料在化学反应中的协同作用合成的复合材料，在提高电极材料的性能方面具有显著优势。　　为了提高超级电容器中电极材料的性能，本文合成了二元过渡金属氧化物与碳基材料石墨烯的复合材料，并研究了其电容性能。主要研究内容如下：　　通过水热法及煅烧还原法合成了一种基于ZnFe2O4纳米粒子及掺氮石墨烯的结构独特的复合材料（ZnFe2O4/NRG）。首先，利用水热法实现了 ZnFe2O4晶体的生长、氧化石墨烯的还原过程以及石墨烯的氮掺杂过程。当NRG作为基底材料时，不仅可以控制纳米ZnFe2O4纳米粒子的形成，还可以保障ZnFe2O4纳米粒子分散得均匀无团聚。随后，利用煅烧还原法对获得的复合材料进行了修饰。最后，对复合材料的电容特性进行了测试，测试结果表明该复合材料具有其良好的倍率性能和稳定性。这一合成方法为提高电极材料的电化学特性提供了新的途径。　　通过共沉淀法、水热法及煅烧还原法，合成了一种石墨烯层包覆Co9S8纳米粒子的复合材料（Co9S8/rGO）。首先通过共沉淀反应合成了 CoCO3/GO前驱体，然后通过水热及煅烧热处理方法合成了Co9S8/rGO复合材料。随后，对复合材料的电容特性进行了测试，测试结果表明：该复合材料具有良好的电导率、很高的比容量、出色的倍率性能及良好的循环稳定性等特性。因此，该复合材料具有优异的电容特性，是一种理想的储能材料。