石墨烯基超級電容器,其功率密度較高,但能量密度受限。開發(fā)以三維石墨烯材料為載體的復(fù)合型贗電容多孔電極,是解決方案之一。本文采用銨鹽輔助化學(xué)發(fā)泡法,制備了三維筋撐石墨烯泡沫體(SG);以SG為載體,采用水熱還原法在其表面生長二氧化錳(MnO₂)納米棒陣列,從而構(gòu)建了MnO₂/SG自支撐多孔材料。利用MnO₂/SG復(fù)合電極,組裝了超級電容器,在0.5 A·g^-1的電流密度下,比電容達343.6 F·g^-1;經(jīng)5000次循環(huán),其容量保持率為83.8%;在500 W·kg^-1的功率密度下,其能量密度達11.93 W·h·kg^-1。因此,MnO₂/SG復(fù)合電極是一種性能優(yōu)異的贗電容材料,在電化學(xué)儲能領(lǐng)域有良好的應(yīng)用前景。

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【部分圖文】：

圖1加熱煅燒過程簡圖

將上述SG轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜，加入15ml濃度為5mmol·L-1的KMnO4溶液。將反應(yīng)釜加熱至150℃，保溫一段時間，自然冷卻后取出樣品，經(jīng)洗滌得到目標產(chǎn)物MnO2/SG，如圖2所示。作為系統(tǒng)研究，將加熱時間設(shè)定為1、2、4、6h，所得樣品分別記為M/SG-1h、M/SG....

圖2MnO2/SG合成示意圖

取已預(yù)先裁剪至合適大小(1cm×1cm×0.3cm)的MnO2/SG，稱其質(zhì)量為m(典型為1mg)，將之放到石墨板集流體的表面凹槽中并滴加少許Nafion以固定樣品。三電極體系測試在1mol·L-1Na2SO4電解液中進行，以MnO2/SG、鉑絲、飽和甘汞電極分別為....

圖3SG的SEM圖[(a)、(b)]；不同水熱反應(yīng)時長下獲得的MnO2/SG產(chǎn)品的SEM圖[(c)～(f)]

圖2MnO2/SG合成示意圖數(shù)據(jù)處理時，采用GCD法計算MnO2/SG的比容量。對于三電極體系，如式(1)[14]所示：

圖4M/SG-4h產(chǎn)品的TEM和HRTEM圖

式中，C是單電極質(zhì)量比容量，F(xiàn)·g-1;I是電流，A；Δt是放電時間，s;M是兩個極板的電極材料總質(zhì)量，g；ΔV是電壓窗口，V。雙電極體系中，能量密度E(W·h·kg-1)和功率密度P(W·kg-1)計算如式(3)、式(4)所示：圖5M/SG-4h產(chǎn)品的EDS和XRD表征

本文編號：3987681