电化学沉积的二氧化锰/石墨烯复合材料的电容性能研究

电化学电容器也称作超级电容器,因具有高功率密度、高能量密度和长使用寿命等特性在许多领域都得到了广泛的应用。为满足现代市场各种多功能的便携式电子器件的需求,发展集超薄性、高储能性、高功率、轻便性及环保性于一体的电化学电容器引起研究者们的极大兴趣。高储能、价廉、环保的电极材料的合成是实现电化学电容器广泛应用的关键之一。本论文利用具有较大比表面积和高导电性的碳纸作为基底材料,讨论了不同处理方法对碳纸的表面结构和及电容性能的影响；用电化学沉积法在碳纸上沉积了二氧化锰和二氧化锰/石墨烯复合物,研究了复合材料的电容性能。(1)碳纸用不同热处理方法处理后,用扫描电子显微镜(SEM)、XPS和XRD等方法对碳纸的表结构进行了表征,用循环伏安法(CV)对其进行电容性能测试,发现不同处理方法对碳纸的表面结构及电化学性能有很大的影响；(2)用处理后的碳纸为工作电极,以高锰酸钾-磷酸缓冲溶液为电解液,用循环伏安法沉积二氧化锰,所得电极用SEM观察电极材料的表观形貌,用CV、恒电流充放电(CD)和电化学阻抗(EIS)研究其电容性能。结果表明,复合电极材料的形貌和电容性能与碳纸表面所含的缺陷、表面含氧基团的多少以及二氧化锰的沉积厚度等因素的影响。处理过的碳纸纤维表面沉积二氧化锰的厚度为230nm左右时,电极材料有最佳的电容性能,1Ag-1的电流密度测试,二氧化锰的比电容可达745Fg-1(3)用高温深度处理的碳纸作为工作电极,以高锰酸钾-磷酸缓冲溶液为电解液,用循环伏安法沉积二氧化锰和石墨烯的复合物,用SEM观察电极材料的表观形貌,用XRD对产品进行物相分析,用CV、CD和EIS法研究了其电容性能。结果表明,复合电极材料的形貌和电容性能主要受石墨烯和高锰酸钾配比的影响。当氧化石墨烯和高锰酸钾的质量浓度比为1：3时的电容值最大,比纯二氧化锰的比电容高出84Fg-1,达829Fg-1。