超級電容器復合電極材料Ni(OH)2/ GO的制備及其電化學性能研究

蔡 敏

（廣西現(xiàn)代職業(yè)技術學院資源工程系，廣西 河池 547000）

超級電容器是一種介于傳統(tǒng)電容器和蓄電池之間的新型儲能器件，隨著能源危機的產(chǎn)生以及環(huán)境問題的加劇，超級電容器因其儲能性能好、功率密度高、充放電速度快和循環(huán)壽命長等優(yōu)異性能而愈加受到關注。超級電容器的性能主要取決于電極材料，Ni(OH)2由于理論比電容高、價格低而成為一種比較有發(fā)展前景的超級電容器電極材料，但在充放電過程中易于團聚和膨脹而降低了其實際比電容。為改善其電化學性能，可以將其與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、導電性能好的碳材料進行復合。其中石墨烯（GO）是一種具有層狀結(jié)構(gòu)、高導電性和大比表面積的碳材料，具有資源豐富、價格低廉和環(huán)境友好等優(yōu)點，是一種理想的電極摻雜材料。因此，將Ni(OH)2與GO進行復合得到的Ni(OH)2/GO具有更好的電化學性能。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

天然鱗片石墨（30μm）、濃H2SO4（分析純）、KMnO4（分析純）、NiSO4（分析純）、NaOH（分析純）、30% H2O2（分析純）、Na2SO4（分析純）。

電動攪拌器、超聲波清洗儀、恒溫鼓風干燥箱、BT2013A-LAND 電池測試系統(tǒng)。

1.2 樣品合成

1.2.1 GO的合成

采用改進的Hummer法制備GO：將2g天然鱗片石墨加入到40mL 98%的濃硫酸中，攪拌40min后超聲波震蕩10min，使鱗片石墨分散均勻后得到懸浮液，然后緩慢分批加入6g KMnO4，在35℃保溫2h，后升溫至90℃繼續(xù)攪拌反應40min。反應結(jié)束后，將反應液稀釋至500mL，之后加入30%的H2O2直到溶液呈亮黃色，抽濾、洗滌、80℃干燥得到GO。

1.2.2 Ni(OH)2及Ni(OH)2/GO的合成

稱取4g NiSO4和2g NaOH分別溶于100mL水，在常溫攪拌條件下合成單一的Ni(OH)2。

另稱取4g NiSO4和2g NaOH，先將NiSO4配成溶液后與1g的GO混合攪拌30min后超聲波震蕩10min并攪拌使二者分散均勻得到混合懸浮液，然后滴加NaOH溶液，繼續(xù)攪拌反應2h，過濾，洗滌，烘干，得到Ni(OH)2/GO復合材料。

1.3 電化學性能測試

按7∶2∶1的質(zhì)量比將活性物質(zhì)、乙炔黑、聚偏氟乙烯（PVDF）充分混合，滴加適量丙酮進行磁力攪拌后得到糊狀物，用涂布棒將糊狀物均勻涂在面積約1.2cm2的泡沫鎳上并壓成電極片，在100℃條件下烘干10h。將2片電極片組裝成扣式電容器，以1mol·L-1的Na2SO4溶液為電解液，在BT2013ALAND 電池測試系統(tǒng)上進行充放電測試。

2 結(jié)果與討論

2. 1 Ni(OH)2/ GO的充放電性能

以1mol·L-1的Na2SO4溶液為電解液，在充放電電流為1A·g-1，電壓范圍為0～0.45V的條件下測試復合材料的充放電性能。采用Cm=IΔt/(mΔV)計算材料的比電容，其中I為充放電電流；Δt為單次充電或放電時間；m為復合材料質(zhì)量；ΔV為充放電電壓范圍。圖1為Ni(OH)2與GO復合前后的充放電曲線，由圖1可知，單一的Ni(OH)2比電容為108.9F·g-1，而Ni(OH)2與GO進行復合后得到的材料充放電時間明顯大于單一的Ni(OH)2，比電容為141.3F·g-1，說明GO的加入增強了材料的電化學性能，從而提高了材料的比電容。

圖1 氫氧化鎳與氧化石墨烯復合前后的充放電曲線

2.2 Ni(OH)2/ GO的循環(huán)性能分析

循環(huán)性能是衡量超級電容器電極材料性能是否優(yōu)異的指標之一，在電流為1A·g-1、電壓0～0.45V的條件下測試了材料的循環(huán)性能。如圖2所示，在經(jīng)過100次循環(huán)后，單一的Ni(OH)2的比電容已經(jīng)衰減至原來的37.7%，而Ni(OH)2與GO進行復合后的比電容保持率高達94.6%，這是由于GO的層狀結(jié)構(gòu)空間有利于抑制Ni(OH)2在充放電過程中相互團聚和膨脹，此外，GO還具有較大的比表面積，有利于覆蓋在其表面的Ni(OH)2與電解液的充分接觸，因此，Ni(OH)2/ GO具有較好的循環(huán)性能。

圖2 氫氧化鎳與氧化石墨烯復合前后充放電循環(huán)性能對比圖

3 結(jié)論

采用液相共沉淀法，將Ni(OH)2與GO進行復合，利用GO的結(jié)構(gòu)特點和優(yōu)異的導電性能，提高了復合材料的比電容，達到141.3F·g-1，在循環(huán)100次后容量保持率為94.6%，充分說明了GO能夠改善Ni(OH)2的電化學性能，具有進一步開發(fā)應用的前景。

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