rGO/镍钴氧化物/PPy复合材料的制备及其电化学性能研究

作     者：颜冬仙 

作者单位：桂林理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：樊新

授予年度：2022年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：石墨烯 镍钴氧化物 聚吡咯 超级电容器 

摘      要：超级电容器是能量密度大、功率密度高的环境友好型储能设备,能有效解决目前存在的能源储存与运输问题。影响超级电容器电化学性能的因素有很多,其中电极材料的影响最为关键。二元金属氧化物具有良好的协同作用,循环寿命长,但电阻率低。而聚吡咯的理论比电容非常高,且制备容易,成本低廉,但在充放电循环中,体积容易发生收缩与膨胀而导致结构的破坏,导致能有效使用时间不长,难以大量投入实际应用,经济效益低。石墨烯具有良好的化学稳定性等优势,引入石墨烯都在一定程度上解决以上问题。本论文制备一系列石墨烯基复合材料,探究复合材料组分间的协同机理,主要内容如下:(1)采用改进的Hummers法和简便的原位聚合法合成了GO/PPy纳米材料。将纤维状吡咯直接负载在富含大量褶皱的氧化石墨烯上,且PPy纳米纤维之间相互交错,在材料内部搭构出了无数的间隙,形成网状,将大大提高材料的比表面积,降低接触电阻,加快电解质离子迁移速率,进而提高超级电容器的电化学性能。GO/PPy电极材料具有较大的比电容(356.3 F g,0.2 A g),其组装的GO/PPy//PPy器件功率密度为800 W kg,能量密度为2.5 Wh kg,经20000次充放电仍有较高的电容保持率96.3%,具有良好的循环稳定性。(2)通过Hummers法和水热法制备了海胆状的rGO/金属氧化物,并探索镍钴发挥协同作用的最佳摩尔比。其针状大小疏密都恰到好处的海胆状结构以及其较大的比表面有效增加更多的反应活性位点,从而使电子和离子更积极参与到氧化还原反应中,表现出优越的电化学特性。rGO/Ni Co复合材料在0.5 A g时比电容为600 F g,rGO/Ni Co//rGO柔性器件在1 A g电流密度下的比电容为418.2 F g,能量密度为98 Wh kg,功率密度为1300 W kg,且在8000次充放电循环后仍保持93%的比电容。(3)通过水热法和原位聚合法成功合成了还原氧化石墨烯/镍钴氧化物/聚吡咯纳米复合材料,构建了一种具有海胆状结构的导电聚合物。rGO/Ni Co/PPy纳米复合材料在1 A g的比电容值为333.2 F g、能量密度为11.57 W kg、功率密度为250 W kg。经过7000次充放电循环后仍保持94%的初始比电容。其优良的电化学性能表明其在柔性超级电容器中的应用前景。