石墨烯/双金属氢氧化物复合材料的制备及其储能性能研究

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近年来,双金属氢氧化物作为一种高理论容量赝电容材料引起了研究者们广泛的兴趣。但是,由于其循环稳定性低,限制了其在储能器件中的实际应用。本文采用化学气相沉积法(CVD)、水热合成和电化学沉积等方法,制备了镍钴层状双金属氢氧化物(Ni Co LDH)/石墨烯纳米墙(GWNs)/泡沫镍(NF)复合电极和镍钴氢氧化物(NCH)/石墨烯(Gr)/泡沫镍(NF)复合电极。通过扫描电子显微镜,透射电子显微镜,X射线衍射仪,拉曼光谱仪,X射线能谱仪和电化学工作站对复合电极材料的微观结构、化学组成和电化学性能进行了表征和测试,并探讨了其储能机制及其在超级电容器中的应用,主要研究内容和结果如下:1.以泡沫镍为基底,采用CVD和等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术分别制备出了导电性能优异,质量可控的石墨烯/泡沫镍(Gr/NF)及石墨烯纳米墙/泡沫镍(GNWs/NF)材料,二者皆可直接作为电容器的集流体材料。2.以GWNs/NF为基底,采用电化学沉积技术制备了Ni Co LDH/GWNs/NF复合电极,通过调节溶液金属离子浓度、电沉积时间等参数调节镍钴层状双金属氢氧化物的微观形貌,其电极性能得到明显提升,所制备的Ni1Co2LDH/GNWs/NF电极在1 A g-1电流密度下,表现出2068.3 F g-1的比容量,且电流密度放大20倍,比容量保持率约为77.4%。3.以Gr/NF为基底,采用水热反应制备了NCH/Gr/NF复合电极,并通过添加适量的表面活性剂PVP调节NCH的微观形貌。在1 A g-1的电流密度下,比容量提升至2854.9 F g-1,且经过3000圈循环后,比容量保持率为81.3%,表现出增强的倍率性能和良好的循环稳定性能。4.复合电极表现出较好的电化学性能,其增强机理如下:利用泡沫镍的三维网络结构,构建的自支撑电极体系,不仅提供更大的生长面积,同时增加与电解液的接触;利用CVD及PECVD法制备的石墨烯具有优异的导电性,加快电子传输及提供更多转移通道;所制备的双金属氢氧化物具有纳米片形貌,充放电过程中具有更多活性位点。
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