SnO2纳米复合材料的构筑及其超电容性能研究

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超级电容器(SCs)作为一种新型的绿色储能装置,由于具有可快速充放电、高功率密度、优良的可逆性以及良好的循环性能等优势,近年来吸引了越来越多研究者的关注。然而低能量密度和高成本是目前SCs实际应用所面临的主要挑战。其中电极材料是决定SCs性能的最关键因素。SnO2作为一种极具潜力的电极材料,由于其资源丰富、价格低廉、环境友好,吸引了更多的关注。然而由于SnO2电极材料导电性差以及充放电过程中的体积变化,导致其应用于SCs时表现出较低的比容量和较差的循环稳定性。针对这些不足,将其与碳材料或其他金属氧化物相复合,通过复合材料各组分之间的协同作用,可开发出高效和稳定的电极材料。本文制备出不同低维形貌的SnO2与导电性良好的还原氧化石墨烯(rGO)形成复合材料。并尝试向复合材料中引入锰的金属氧化物,研究了其电化学性能。本论文主要开展了以下研究工作:1.通过简单的一步水热法合成出了超细SnO2纳米杆/rGO复合材料。并探究了不同反应物浓度、添加剂和反应温度对制备形貌、粒径可控的超细SnO2纳米杆/rGO复合材料的影响规律。采用三电极系统在1 M Na2SO4电解液中进行了电化学性能测试。结果表明复合材料具有比各单一组元更高的比电容和长的循环寿命。在电流密度为100 mA/g时的最大的比容量为184.6 F/g,且经过6000圈的循环后电容保持率为98%。这主要归功于rGO与超细SnO2纳米杆之间的协同作用。2.通过水热法合成出了粘结性较好的SnO2量子点/rGO复合材料。将其直接附着在泡沫镍上用作三电极体系中的电极,避免了使用炭黑和粘结剂等制备电极的繁琐过程。在1 M Na2SO4电解液中进行了电化学性能测试。结果表明复合材料电极在100 mA/g电流密度下的比容量为253.3 F/g。当电流密度达到2000 mA/g时,比电容依然能够保持198.9 F/g,具有良好的倍率性能。此外,循环伏安研究表明该复合材料电极表现出良好的循环稳定性,经过6000圈循环比容量仍然保持95.9%。3.尝试采用水热法向超细SnO2纳米杆/rGO复合材料中继续复合MnO2,结果表明反应产物中未生成MnO2或其他锰系氧化物。但通过表征发现SnO2纳米杆的尺寸变大且结晶性变好,同时rGO被进一步还原。电化学性能测试结果表明:在1M的Na2SO4电解液中,电流密度为100 mA/g时,其比电容可达262.2 F/g,与超细SnO2纳米杆/rGO复合材料相比有了较大的提高。
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