發(fā)布時間：2021-02-25 23:52

　　超級電容器是一種具有高功率密度和長循環(huán)壽命的新型儲能裝置,碳材料、金屬氧化物和導(dǎo)電聚合物是常見的三種超級電容器電極材料。在石墨烯/金屬氧化物復(fù)合材料中,石墨烯和金屬氧化物可以發(fā)揮各自的優(yōu)點,結(jié)合石墨烯優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性能和金屬氧化物的高容量特性,納米復(fù)合材料的綜合性能可以得到很大地提升。因此,石墨烯/金屬氧化物復(fù)合物的研究是超級電容器領(lǐng)域的熱點研究方向之一。本文以金屬氧化物的種類、石墨烯的結(jié)構(gòu)和復(fù)合物的制備方法為線索,綜述了國內(nèi)外應(yīng)用于超級電容器方面的石墨烯/金屬氧化物復(fù)合材料的研究進(jìn)展,歸納總結(jié)出與石墨烯復(fù)合最優(yōu)的金屬氧化物類型和制備方法,并進(jìn)一步對該類復(fù)合材料的發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。 

【文章來源】：化學(xué)進(jìn)展. 2015,27(04)北大核心

【文章頁數(shù)】：12 頁

【部分圖文】：

三維多孔海膽狀的MnO2/石墨烯復(fù)合物的(a)

，0.2A·g－1電流密度下的比電容值為560F·g－1)。Zhu等［45］利用冷凍干燥的技術(shù)得到了孔隙率高、導(dǎo)電性好、電子傳輸快、機械性能優(yōu)異的石墨烯氣凝膠，也成功制備了花狀的MnO2/石墨烯氣凝膠，并將其組裝成了最大能量密度為68.4Wh·kg－1的對稱超級電容器。除上述顆粒狀、海膽狀、花狀的MnO2/石墨烯復(fù)合物之外，纖維狀的MnO2/石墨烯復(fù)合物也有報道。2014年，Dai等［46］首次以石墨烯和KMnO4為原料，在160℃的酸性環(huán)境中水熱處理12h，成功制備了纖維狀的MnO2/石墨烯復(fù)合物(如圖2所示)，并考察了MnO2和石墨烯的不同含量對復(fù)合物電化學(xué)性能的影響。該復(fù)合物中一維纖維狀的MnO2不僅能夠防止二維片狀石墨烯的團(tuán)聚，也優(yōu)化了復(fù)合物的電化學(xué)性質(zhì)。結(jié)果顯示，石墨烯含量為90%的復(fù)合物電化學(xué)性能最優(yōu)(在三電極測試體系中，復(fù)合物最大比電容值為170F·g－1，充放電循環(huán)1000次后的電容保持率為97.1%)。圖2纖維狀的MnO2/石墨烯復(fù)合物的(a)SEM、(b)TEM和(c)放大的TEM圖［46］Fig．2(a)SEM，(b)TEMand(c)high-magnificationTEMimageofMnO2nanofiber/graphenecomposites［46］2.2電化學(xué)沉積法電化學(xué)沉積法是指利用電場作用使金屬氧化物從其水溶液中沉積的過程。Chan等［47］用電化學(xué)沉積法得到了顆粒狀MnO2/石墨烯復(fù)合物，并研究了不同沉積時間對金屬氧化物顆粒尺寸的影響。結(jié)果表明，沉積時間過短不利于氧化物顆粒的形成，時間過長會導(dǎo)致氧化物負(fù)載過多，影響復(fù)合物的穩(wěn)定性。經(jīng)過多次測試后確定了最佳沉積時間，并在三電極體系進(jìn)行了電化學(xué)測試，測試表明生成的復(fù)合物在1mV·s－1掃描速率下的最大比電容值可達(dá)378F·g－1。Li等［48］將GO經(jīng)過真空

仙?ぃ?詈缶??高溫?zé)崽幚矸纸釴i(OH)2得到片狀NiO/石墨烯復(fù)合物(制備過程如圖3所示)，并在三電極體系中對其電化學(xué)性能進(jìn)行測試。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，該復(fù)合物是三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，比電容值較大(電流密度為2A·g－1時，最大比電容值為425F·g－1)，并且循環(huán)穩(wěn)定性能優(yōu)異(充放電循環(huán)500次后，電容保持率為90%)。Huang等［80］在此基礎(chǔ)上加入表面活性劑二甲基二十八烷基溴化銨(DODA)改性石墨烯，使得金屬氧化物更易于吸附，由此進(jìn)一步提高了復(fù)合物的電化學(xué)性能(在三電極測試體系中，比電容值可達(dá)540F·g－1)圖3NiO/石墨烯/泡沫鎳復(fù)合物的合成示意圖［79］Fig．3SyntheticschemeoftheNiO/G/NFhybrid［79］Su等［81］采用相似的原料以微波輔助的條件下成功制備了花狀NiO/石墨烯復(fù)合物。負(fù)載在石墨烯片層上的NiO花狀結(jié)構(gòu)不僅可以為氧化還原反應(yīng)提供更多的活性點，還能使復(fù)合物的兩組分之間連接更為緊密，加快離子傳輸?shù)乃俾剩虼嗽搹?fù)合物的電化學(xué)性能進(jìn)一步提高。在三電極體系中測試發(fā)現(xiàn)，該復(fù)合物的最大比電容可高達(dá)770F·g－1。4.2溶劑熱(水熱)法Jiang等［82］以GO、Ni(NO3)2和尿素為原料，通過一步水熱法制備了具有顆粒狀NiO/石墨烯復(fù)合物，并在三電極體系中對其進(jìn)行電化學(xué)測試，結(jié)果顯示該復(fù)合物在0.2A·g－1時比電容達(dá)到429.7F·g－1，經(jīng)過2000次循環(huán)后電容的保持率為86.1%。Yang等［83］改用二甲基甲酰胺(DMF)為溶劑，使得GO的分散性更好，所得復(fù)合物在電流密度1A·g－1時的比電容達(dá)到576F·g－1，經(jīng)過1100次充放電循環(huán)之后比電容沒有明顯的下降。Ge等［84］以十二烷基硫酸鈉(SDS)為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，成功制備了比電容值為346F·g－1花狀的NiO/石墨烯復(fù)合物。Zh


本文編號：3051762