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钴锰氧化物@生物质碳复合材料的制备与电容性能研究

2021-02-16丁孟莎周睿涵王焱倩宣永康邹如意牛燕燕张晓萍

海南师范大学学报(自然科学版) 2021年4期
关键词:复合材料

丁孟莎,周睿涵,王焱倩,宣永康,邹如意,牛燕燕,张晓萍,孙 伟

(海南师范大学 化学与化工学院,海南省激光技术与光电功能材料重点实验室,海口市功能材料与光电化学重点实验室,海南 海口 571158)

超级电容器作为电池和传统电容器之间的桥梁,是便携式电子产品、间歇储能装置、混合动力汽车的理想储能元件[1]。目前几乎所有的超级电容器都使用活性碳作为活性电极材料,虽然它们具有稳定的电化学性能,但其能量密度不高[2]。通常碳电极在很低放电速率下的比电容量也仅为300 F/g[3],而基于过渡金属氧化物的赝电容电极材料的比电容相对较高,如Xiao 等制备的超薄六角形Co3O4在1 A/g 的电流密度下具有1 121 F/g比电容[4],Zhang等在泡沫镍上电沉积的MnO2在1 A/g的电流密度下比电容高达469 F/g[5]。与单金属氧化物相比,二元(或多元)过渡金属氧化物可以提供更丰富的氧化还原形式[6],这归因于其中费米能级的高效电子占据态和两(多)个原子之间的协同效应[7]。如NiMn2O4[8]、CuCo2O4[9]等具有尖晶石结构的二元过渡金属氧化物在储能领域因性能良好而更具吸引力。

尽管二元过渡金属氧化物的理论电容量高,但固有的倍率性能低和循环稳定性差的缺点限制其应用。近年报道的金属氧化物与碳质材料的复合材料具有更好的电化学性能,例如Askari等对比用水热法合成的ZnFe2O4-rGO 和ZnFe2O4电极材料,发现在电流为0.5 A/g 时的两种材料比容量分别为1 322 F/g 和650.2 F/g,在5 000次循环后ZnFe2O4-rGO电极的容量保持率为94%,交流阻抗结果表明ZnFe2O4-rGO和ZnFe2O4电极的电荷转移电阻为8 Ω 和19 Ω,且前者的Warburg 线斜率更大,即ZnFe2O4-rGO 电极的离子扩散速率更快[10]。……

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