CoNiFe-LDH/多层石墨烯复合材料的制备及其超级电容性能研究

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超级电容器具有高功率密度的优点,但目前的能量密度低,因而限制了超级电容器的发展。双金属氢氧化物具有高比表面积,同时也具有良好的氧化还原性能,因而成为目前超级电容器的研究热点。但双金属氢氧化物的导电性能差的缺点是目前急需解决的问题。本论文研究将双金属氢氧化物负载到多层石墨烯表面,制备具有高比容量、倍率性能的复合材料。主要研究内容如下:(1)采用水热反应制备了钴铁双金属氢氧化物/多层石墨烯复合材料。对不同反应时间1、3、10小时的样品进行了形貌分析和电化学性能测试。结果表明,1小时的反应时间,在多层石墨烯表面就能形成片层CoFe-LDH(LDH:层状双金属氢氧化物)。反应更长的时间会导致LDH的分解,当反应时间为10小时,CoFe-LDH会完全分解为CoFe氧化物。对复合材料进行的电化学性能测试表明,在电流密度为1 A g-1时,1、3、10小时反应时间的样品的比容量分别为872.5 F g-1、462.5 F g-1、82.5 F g-1。在经过5000次循环充放电之后,比容量分别为原来的36.8%、67%、41.5%。复合材料显示了良好的比电容和倍率性能,但循环性能有待提高。(2)采用水热反应制备了钴镍铁双金属氢氧化物/多层石墨烯复合材料并对相应产物进行了电化学性能测试。保持钴与铁含量不变,随着镍含量的增加,CoNiFe-LDH片层结构越来越明显,在原子摩尔比为Co:Ni:Fe=2:3:2时形貌达到最好,其比电容也达到最大。微观结构观察表明该比例下片层厚度约为5 nm,片层之间孔隙约为50 nm。在电流密度为1 A g-1下比容量为2107.5 F g-1,循环5000次后比容量可达628 F g-1。对Co:Ni:Fe=2:1:1的样品研究了反应时间和温度的变化对CoNi Fe-LDH/多层石墨烯性能的影响。研究表明,随着反应时间的增加,样品的比容量降低,并且循环性能也逐渐下降。随着反应温度的升高,样品的比容量呈下降趋势。(3)用CoNiFe-LDH/多层石墨烯和活性炭组装制备非对称超级电容器。在电压窗口0-1.5 V,在电流密度为1 A g-1下比电容为75.8 F g-1,功率密度能达到6.67 kW kg-1,能量密度可以达到23.68 W kg-1。在电流密度为1 A g-1下循环1000次后比容量保持为原来的93.6%,显示了良好的稳定性。
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