硫掺杂石墨烯气凝胶超级电容器电极性能的研究

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石墨烯(graphene)作为全新的电极材料,但由于不稳定性引起的团聚现象,制约了其在电极材料中的进一步发展。为了减少团聚现象,提高电极材料的比容量,很多实验利用引入硫原子的方法掺杂到石墨烯结构中。但是关于硫在石墨烯中有效掺杂的最大量和掺杂条件,以及影响掺硫石墨烯电化学性能的因素还有待系统性的探究。本文探究了不同反应时间、反应温度、不同硫掺杂量以及电极压片压强等条件,对所制备材料电化学性能的影响,筛选出了所制备出具有最优电化学性能的硫掺杂石墨烯电极材料的制备条件。对于没掺杂的氧化石墨烯样品,最佳的反应条件是水热温度155℃、水热时间为12 h,此时的石墨烯气凝胶材料的比电容最高,可达139 F/g(1A/g)。而对于掺硫石墨烯气凝胶而言,水热温度为160℃、水热时间为12h、掺杂碳硫质量比例为1:2以及压片压强为4 MPa时,硫掺杂石墨烯气凝胶的电化学性能最好,此时材料的比电容可达304 F/g(1 A/g)。最后选取最佳掺杂条件下合成的硫掺杂石墨烯作为电极组装成模拟的对称型超级电容器,并测试其电化学性能具有良好的电化学可逆性,比电容可达212 F/g(1 A/g),功率密度为480W/kg。并且具有较小的接触电阻,良好的倍率性能,以及较好的循环稳定性。
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