超级电容器复合电极材料Ni(OH)2/ GO的制备及其电化学性能研究

蔡 敏

（广西现代职业技术学院资源工程系，广西 河池 547000）

超级电容器是一种介于传统电容器和蓄电池之间的新型储能器件，随着能源危机的产生以及环境问题的加剧，超级电容器因其储能性能好、功率密度高、充放电速度快和循环寿命长等优异性能而愈加受到关注。超级电容器的性能主要取决于电极材料，Ni(OH)2由于理论比电容高、价格低而成为一种比较有发展前景的超级电容器电极材料，但在充放电过程中易于团聚和膨胀而降低了其实际比电容。为改善其电化学性能，可以将其与结构稳定、导电性能好的碳材料进行复合。其中石墨烯（GO）是一种具有层状结构、高导电性和大比表面积的碳材料，具有资源丰富、价格低廉和环境友好等优点，是一种理想的电极掺杂材料。因此，将Ni(OH)2与GO进行复合得到的Ni(OH)2/GO具有更好的电化学性能。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

天然鳞片石墨（30μm）、浓H2SO4（分析纯）、KMnO4（分析纯）、NiSO4（分析纯）、NaOH（分析纯）、30% H2O2（分析纯）、Na2SO4（分析纯）。

电动搅拌器、超声波清洗仪、恒温鼓风干燥箱、BT2013A-LAND 电池测试系统。

1.2 样品合成

1.2.1 GO的合成

采用改进的Hummer法制备GO：将2g天然鳞片石墨加入到40mL 98%的浓硫酸中，搅拌40min后超声波震荡10min，使鳞片石墨分散均匀后得到悬浮液，然后缓慢分批加入6g KMnO4，在35℃保温2h，后升温至90℃继续搅拌反应40min。反应结束后，将反应液稀释至500mL，之后加入30%的H2O2直到溶液呈亮黄色，抽滤、洗涤、80℃干燥得到GO。

1.2.2 Ni(OH)2及Ni(OH)2/GO的合成

称取4g NiSO4和2g NaOH分别溶于100mL水，在常温搅拌条件下合成单一的Ni(OH)2。

另称取4g NiSO4和2g NaOH，先将NiSO4配成溶液后与1g的GO混合搅拌30min后超声波震荡10min并搅拌使二者分散均匀得到混合悬浮液，然后滴加NaOH溶液，继续搅拌反应2h，过滤，洗涤，烘干，得到Ni(OH)2/GO复合材料。

1.3 电化学性能测试

按7∶2∶1的质量比将活性物质、乙炔黑、聚偏氟乙烯（PVDF）充分混合，滴加适量丙酮进行磁力搅拌后得到糊状物，用涂布棒将糊状物均匀涂在面积约1.2cm2的泡沫镍上并压成电极片，在100℃条件下烘干10h。将2片电极片组装成扣式电容器，以1mol·L-1的Na2SO4溶液为电解液，在BT2013ALAND 电池测试系统上进行充放电测试。

2 结果与讨论

2. 1 Ni(OH)2/ GO的充放电性能

以1mol·L-1的Na2SO4溶液为电解液，在充放电电流为1A·g-1，电压范围为0～0.45V的条件下测试复合材料的充放电性能。采用Cm=IΔt/(mΔV)计算材料的比电容，其中I为充放电电流；Δt为单次充电或放电时间；m为复合材料质量；ΔV为充放电电压范围。图1为Ni(OH)2与GO复合前后的充放电曲线，由图1可知，单一的Ni(OH)2比电容为108.9F·g-1，而Ni(OH)2与GO进行复合后得到的材料充放电时间明显大于单一的Ni(OH)2，比电容为141.3F·g-1，说明GO的加入增强了材料的电化学性能，从而提高了材料的比电容。

图1 氢氧化镍与氧化石墨烯复合前后的充放电曲线

2.2 Ni(OH)2/ GO的循环性能分析

循环性能是衡量超级电容器电极材料性能是否优异的指标之一，在电流为1A·g-1、电压0～0.45V的条件下测试了材料的循环性能。如图2所示，在经过100次循环后，单一的Ni(OH)2的比电容已经衰减至原来的37.7%，而Ni(OH)2与GO进行复合后的比电容保持率高达94.6%，这是由于GO的层状结构空间有利于抑制Ni(OH)2在充放电过程中相互团聚和膨胀，此外，GO还具有较大的比表面积，有利于覆盖在其表面的Ni(OH)2与电解液的充分接触，因此，Ni(OH)2/ GO具有较好的循环性能。

图2 氢氧化镍与氧化石墨烯复合前后充放电循环性能对比图

3 结论

采用液相共沉淀法，将Ni(OH)2与GO进行复合，利用GO的结构特点和优异的导电性能，提高了复合材料的比电容，达到141.3F·g-1，在循环100次后容量保持率为94.6%，充分说明了GO能够改善Ni(OH)2的电化学性能，具有进一步开发应用的前景。

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