Ni(OH)2/石墨烯复合材料的制备及电容性能研究

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超级电容器作为先进的储能装置,满足了不断增长的能源存储需求。单一的双电层电容器或法拉第电容器在实际应用中会受到制约,采用复合材料作为超级电容器的电极材料,可以改善单一电容器的劣势,拓宽超级电容器的应用范围。本文在水热法制备石墨烯和Ni(OH)2的基础上,采用一步水热法制备了Ni(OH)2/石墨烯复合电极材料,并对其电容性能做了相应研究。采用改进Hummer法制备的氧化石墨氧化程度高,片层上有大量含氧官能团存在。在水热条件下大部分含氧官能团被除掉,得到呈卷曲褶皱状态的还原氧化石墨烯(rGO)。在3A g-1的电流密度下充放电循环2000次后,rGO电容保持率为83.11%,显示出较好的循环稳定性。采用水热法制备Ni(OH)2时,通过控制反应条件,可以得到不同形貌和性能的Ni(OH)2材料。最佳工艺条件下(PSS质量为200 mg,H2O与(CH2OH)2体积比为1:1,水热时间为10 h,水热温度为180℃)制备的Ni(OH)2属于β-Ni(OH)2晶型,表面荷正电,是由纳米片自组装而成的花状球,粒径在1.7-3.5μm之间。当电流密度为3 A g-1时,Ni(OH)2的比容量值可达到505 C g-1。采用一步水热法制备Ni(OH)2/rGO复合材料时,通过控制反应条件,可以得到不同形貌和性能的Ni(OH)2/rGO复合材料。最佳条件下(NiCl2·6H2O与氧化石墨的质量比为2.67:1,CTAB的质量为200 mg,H2O与(CH2OH)2体积比为1:1,水热温度为180℃,水热时间为12 h)制备的Ni(OH)2/rGO复合材料,rGO片层与Ni(OH)2花状球之间依靠静电作用力结合,整体形貌表现为柔软的rGO穿插在各Ni(OH)2花状球之间。当电流密度为3 A g-1时,复合材料的比容量可达到648 C g-1。在经过2000次充放电循环过程后,Ni(OH)2/rGO复合材料的比容量保持率可达到89.50%,优于纯相Ni(OH)2的75.97%。这主要得益于Ni(OH)2与rGO之间的协同作用。
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