石墨烯/二氧化锰复合材料的制备及其电化学性能的研究

来源 :南昌航空大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:sbb20005
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本文采用复合电沉积的方法在泡沫镍基体上制备石墨烯/镍(G/Ni)复合镀层,再通过阳极电沉积制备二氧化锰(MnO2),得到MnO2/G/Ni复合材料作为超级电容器的电极材料。通过场发射扫描电镜、拉曼光谱、X射线光电子能谱仪(XPS)等手段,研究了G/Ni复合镀层的表面形貌、石墨烯的分布状态及MnO2的形貌,通过循环伏安、恒流充放电以及交流阻抗测试分析了不同状态的G/Ni复合镀层对MnO2/G/Ni复合电极电化学性能的影响,不同形貌的MnO2对于电极电化学性能的影响,结果表明:通过复合电沉积得到G/Ni复合中间层,在电场通入相同电荷的情况下,随着电流的增大,G/Ni复合镀层中石墨烯的分布越不均匀;在不同的中间层上以20 mA沉积MnO2,得到不同形貌的MnO2,其中复合沉积工艺为0.04 A得到分布均匀的线状MnO2,工艺为0.08 A得到分布不均匀的小球状MnO2,工艺为0.12 A得到在局部堆积生长的MnO2大球;具有G/Ni复合中间层的MnO2复合电极相比于纯MnO2比容量有很大提高,20 mA恒电流沉积MnO2条件下,在泡沫镍上以0.04A、900s的工艺沉积G/Ni中间层的MnO2/G/Ni纳米复合电极在0.4A·g-1扫描速度下比容量为219.3 F·g-1,当扫描速度增加至6.4 A·g-1时,比容量降至115.2 F·g-1,容量保持率为52.53%,与纯MnO2电极相比,具有中间层的复合电极比容量提升了83.59%,容量保持率也更高;随着G/Ni复合电沉积电流的增大,G/Ni复合中间层对MnO2/G/Ni纳米复合电极的比容量提升越小,20 m A恒电流沉积MnO2条件下,0.12 A复合沉积中间层所得的复合电极在0.4 A·g-1扫描速度下比容量172.8 F·g-1。在G/Ni复合沉积工艺为0.04A、900s的条件下,MnO2沉积电流增大,比容量增大,当达到80 mA时比容量达到极值,在80 mA条件下,MnO2/G/Ni纳米复合电极的在0.4 A·g-1扫描速度下比容量为257.95 F·g-1,当扫描速度增加至6.4A·g-1时,比容量降至160 F·g-1,容量保持率为62.03%。复合沉积工艺为0.04A、900s,MnO2沉积工艺为80 mA的MnO2/G/Ni复合电极经过2000次充放电后,复合电极的比容量保持率为97.37%,高于纯MnO2电极的比容量保持率90.78%。在第一次复合沉积MnO2/G/Ni后继续进行第二次的复合沉积,随着沉积质量的增加,得到复合电极的比容量在0.4 A·g-1扫描速率下降低为159.2 F·g-1,大电流6.4A·g-1扫描速率下的比容量保持率下降至32.82%。
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