微撞击流反应器制备石墨烯/镍基复合材料及其电化学性能研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhanlei753
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能源存储一直是困扰人类的一大难题,近年来,超级电容器作为新型储能装置成为研究的重点,而决定电容器性能的是电极材料的选取,因此研发出电化学活性优异的电极材料尤为重要。Ni(OH)2具有较高的理论比电容,但是循环性能比较差,通过与石墨烯复合来利用它们的协同作用,制备出高性能的电极材料。本文采用微撞击流反应器制备石墨烯/镍基复合材料,主要内容如下:  (1)用MISR制备了RGO/Ni(OH)2复合材料,研究了工艺条件对材料性能的影响,确定最佳工艺条件为:RGO∶Ni(NO3)2质量比为0.1∶2.5、反应pH为9.5、陈化时间3h、预混时间3h、撞击流速7.08m/s。1A/g的电流密度下,初始比电容可达2534.8F/g,循环500次后的容量保持率为51.7%。在最佳工艺条件下,比较了MISR与传统STR制备材料之间的电化学性能差别,证明MISR在制备复合材料上具备一定优势。  (2)用MISR对Ni(OH)2掺杂Al3+、Co2+两种金属离子进行改性,得到Ni-Co-Al(OH)n复合材料。确定了最佳的Ni2+与(Al3+、Co2+)摩尔比为3∶1,最佳的Al3+∶Co2+摩尔比为3∶2,最佳沉淀剂浓度为0.25mol/L。最佳条件下,材料在1A/g的电流密度下,材料的初始比电容为2010.8F/g,循环500次后比电容保持率为80%。比较了MISR与STR制备材料之间的区别,发现MISR得到的材料团聚现象较少,掺杂的金属离子分布更加均匀,掺杂效果较好。  (3)利用MISR,通过氧化石墨烯与金属氢氧化物先复合再还原的方法,制备出RGO/Ni-Co-Al(OH)n复合材料。在金属离子总物质量为0.0125mol以及水合肼用量为50μL基础下,确定了最佳工艺条件为:GO的用量为50mg、预混时间为3h、还原时间为1h、还原温度为100℃。复合材料在1A/g的电流密度下,初始比电容为2230.9F/g,充分活化后最高比电容可以达到2389.5F/g,循环充放电500次后,容量保持率可达96.5%,循环1000次后仍然可以达到83.7%。在20A/g电流密度下,初始比电容可达1687.5F/g,比电容保持率为75.6%,不仅具有极高的比电容,而且复合材料的循环性能和倍率性能也十分优异。
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