铁氧体/石墨烯复合材料的超级电容器性能研究

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超级电容器作为一种新型储能元件,具有比传统电容器更高的能量密度和功率密度,成为近年来能源领域的一个新的研究热点。电极材料是超级电容器的主要组成部分,直接影响着超级电容器的电化学性能。石墨烯特殊的二维蜂窝状结构、独特的物理化学性能、巨大的比表面积及高电荷迁移率赋予了其优异的电化学性能,不但可以作为双电层电容器的电极材料,还可以作为载体,和其他传统电极材料合成高性能的复合电极材料。本文采用水热法合成纳米尖晶石铁氧体/石墨烯复合电极材料,通过XRD、SEM、FTIR、VSM和电化学工作站对复合电极材料的结构、形貌、磁性能及电化学性能进行了研究。XRD测试结果表明Hummers法合成的氧化石墨在2θ=11.13°有较强的衍射峰,石墨烯在2θ=25.13°出现了宽化而且强度很弱的峰。SEM照片表明氧化石墨和石墨烯呈堆叠的片层状,能谱图证明氧化石墨还原为石墨烯。FTIR表明氧化石墨中形成碳氧官能团,石墨烯中没有出现这些官能团。镍锌铁氧体/石墨烯复合材料的最佳工艺为200°C保温4 h。XRD表明复合材料为立方尖晶石结构。SEM图片说明铁氧体颗粒分布在片层状的石墨烯表面和孔隙。磁测量结果表明,在180°C保温6 h制备的氧化石墨含量为50%的Ni0.6Zn0.4Fe2O4/石墨烯复合电极材料的饱和磁化强度最大(57.72emu/g)。电化学性能分析表明在200°C保温4 h制备的氧化石墨含量50%的Ni0.8Zn0.2Fe2O4/石墨烯复合电极材料具有最大电容(156.63 F g-1)、能量密度(21.75 Wh kg-1)和较小等效串联电阻(0.67?)。镍锌铝铁氧体/石墨烯复合物的最佳工艺为180°C保温6 h。XRD表明复合材料呈现立方尖晶石型结构。SEM图片显示铁氧体纳米颗粒分布于石墨烯表面和孔隙。磁测量结果表明,在180°C保温6 h制备的氧化石墨含量为25%的Ni0.8Zn0.2Al0.1Fe1.9O4/石墨烯复合材料的饱和磁化强度最大(78.5 emu/g),电化学分析表明氧化石墨含量为75%的样品,最大比电容(162.99 F g-1)和能量密度(22.64 Wh kg-1),等效串联电阻为0.66?。
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