厚膜赝电容器电极的制备方法及其应用_2

文档序号:9599059阅读:来源:国知局
4b分别为实施例2中电极基底CFP0GZ0在扫描电镜下标尺为4 μπι与1 μ m 的 SEM 图。
[0023]图5a、图5b分别为实施例2中电极CFP@GZ0@Mn02-lmin在扫描电镜下标尺为800nm 与 200nm 的 SEM 图。
[0024]图6a、图6b分别为实施例2中电极CFP@GZ0@Mn02-lmin的XPS图;其中横坐标为Bonding Energy (结合能),纵坐标为Intensity (光电子强度)。
[0025]图7是实施例2中电极CFP@GZ0@Mn02-lmin与基底的CV比较图;其中横坐标为Voltage (电压),纵坐标为Current (电流)。
[0026]图8a、图8b分别为实施例2中电极CFP@GZ0@Mn02-lmin的电压-电流性能测试图与扫描速率-比电容性能测试图;其中图8b横坐标为Scan rate (扫描速率),纵坐标为Specific capacitance (比电容)。
[0027]图9a、图9b分别为实施例2中电极CFP@GZ0@Mn02-lmin的时间-电压性能测试图与电流密度-比电容性能测试图;其中图9b横坐标为Current density (电流密度)。
[0028]图10是实施例2中电极CFP@GZ0@Mn02-lmin在经历15000次循环试后的IV曲线比较图。
[0029]图11是实施例2中电极CFP@GZ0@Mn02-lmin在经历15000次循环测试后的Raman表征图;其中横坐标为Raman Shift (拉曼位移)。
[0030]图12是实施例2中电极CFP@GZ0@Mn02-lmin在经历15000次循环测试后的EDX
分析图。
[0031]图13a、图13b、图13c、图13d分别为实施例2中电极CFP@GZ0@Mn02-lmin在经历15000次循环测试后在扫描电镜下标尺为10 μm、2 μm、200 μm、与200 μπι的SEM图。
[0032]图14a、图14b、图14c、图14d分别为实施例3中电极CFP@GZ0@Mn02-5min在扫描电镜下标尺为6 μ m、2 μ m、200nm、与10nm的SEM图。
[0033]图15a、图15b分别为实施例3中电极CFP@GZ0@Mn02-5min的电压-电流电化学性能表征图与扫描速率-比电容电化学性能表征图。
[0034]图16a、图16b分别为实施例3中电极CFP@GZ0@Mn02-5min的时间-电压电化学性能表征图与电流密度-比电容电化学性能表征图。
[0035]图17a、图17b分别为实施例4中电极CFP@GZ0@Mn02-30min在扫描电镜下标尺为4 μ m 与 400nm 的 SEM 图。
[0036]图18a、图18b、图18c、图18d分别为实施例4中电极CFP@GZ0@Mn02-30min电压-电流、扫描速率-比电容、时间-电压与电流密度-比电容电化学性能表征图。
[0037]图19a、图19b、图19c、图19d分别为实施例4中电极CFP@GZ0@Mn02-30min经过10000次循环测试后在扫描电镜下标尺为6 μπκ? μπι、5 μπκ与300nm的SEM图。
[0038]图20 是实施例 5 中电极 CFP@GZ0@Mn02-60min 的 SEM 图。
[0039]图21a、图21b分别为实施例5中电极CFP@GZ0@Mn02-60min时间-电压电化学性能表征图与电流密度-比电容电化学性能表征图。
【具体实施方式】
[0040]下面结合实施例,对本发明作进一步地详细说明,但本发明的实施方式不限于此。
[0041]实施例1
(I)将10x5厘米的碳纤维纸浸入到高锰酸钾溶液(0.5 M)中,浸泡0.5 h后,取出室温下晾干,然后纯水洗涤,最后70 °C下干燥,处理后的碳纤维纸(CFP)形貌通过电子显微镜(SEM)表征,如图1a与图lb。
[0042](2)电化学法沉积Μη02。沉积步骤:使用100 mL的前驱体溶液,其中含有0.1 MNa2SO4和0.1 M Mn (AC)2,溶剂为水,处理后的碳纸作为工作电极,Ag/AgCl为参比电极,Pt网为对电极;首先在0.4 V下保持20 S,然后在0.45 V下沉积I min,完成沉积步骤后,对所得的工作电极用去离子水进行充分清洗,最后在140°C下恒温干燥4 h得δ-MnO2厚膜赝电容器电极,标记为CFPOMnO2-1min样品,沉积量为0.06 mg/cm2。沉积的MnO2微观形貌通过电子显微镜表不,如图2a与图2b。
[0043](3)以本实施例制备的CFPOMnO2-1min作为超级电容器电极,电化学表征如下: 在上海辰华电化学工作站(CHI 660E)上采用三电极体系进行电化学性能测试,I M硫酸钠水溶液为电解液,对电极是Pt网,参比电极采用Ag/AgCl电极,CFPOMnO2-1min作为工作电极,测定超级电容器性能,测试结果见图3a与图3b。沉积I min时在CFP表面的MnO2的负载量相对比较低,仅为0.06 mg cm2,在50 mV s 1的扫描速率下,比电容为323 Fg1,即使在较低的扫描速率下,如2 mV s\其比电容也仅为493 F g \显著低于胞02的理论比电容。
[0044]实施例2
(I)本实施例中基底的处理过程同实施例1的第(I)步相同,在此不再赘述。
[0045](2)水热生长Ga-ZnO阵列:配置73 mL的前驱体溶液,首先配置71 mL的水溶液,该水溶液中含有0.015 Μ的Ζη(Ν03)2、0·015 Μ环六亚甲基四胺、以及Ga3+/Zn2+摩尔比为0. 5%的Ga(N03)3,充分搅拌后,在该水溶液中再滴加2 mL的ΝΗ3Η20,形成前驱体溶液(73mL),继续搅拌,最后把预处理后的商业碳纤维纸浸泡在前驱体溶液中并转移至带有聚四氟乙烯内衬的反应釜里,90°C恒温24 h后得到高比表面积的导电基底。通过扫描电镜可以看到ZnO纳米线沿着碳纤维的表面垂直生长,均匀覆盖碳表面,呈海胆状分布,直径在200 nm左右,长5~6 μ m,如图4a与图4b。
[0046](3 ) Μη02沉积,本实施例中MnO 2的电化学沉积方法与实施例1中第(2 )步相同,在此不再赘述无定型结构。沉积1 min的样品,负载量为0. 12 mg cm- 2,样品记为CFP0GZ00Mn02-lmin。可见有ZnO骨架时,表面积较大,相同的沉积条件,沉积量增加一倍。通过扫描电镜(图5a与图5b)可以看到Μη02颗粒大小在50 nm左右,均匀覆盖在Ga_ZnO表面。XPS分析可以看出Μη是四价,表面有少量的3价MnOOH,如图6a与图6b。
[0047](4)电化学性能测试:以本实施例制备的三维多孔结构作为超级电容器电极,电化学表征如下:采用三电极体系的电化学工作站,1 Μ硫酸钠水溶液为电解液,对电极是Pt网,参比电极采用Ag/AgCl电极,CFP/GZ0/Mn02_lmin作为工作电极,测定超级电容器性能,测试结果见图7(图中A、B、C和D分别为生长Ga-ΖηΟ纳米线之后的基底GZ0/CFP,直接在碳纤维纸沉积Μη02的样品MnO 2/CFP,在未掺Ga的ZnO的纳米线阵列上沉积Μη02的样品CFP/Ζη0/Μη02,和在掺Ga后的ZnO的纳米线阵列上沉积Μη02的样品CFP/GZ0/Mn0 2)。在同样的扫描速度下,掺Ga的样品明显具有更大的电流。
[0048](5)本实施例制备的CFP/GZ0/Mn02_lmin电极,在0. 1 mA/cm2的充放电电流下,其比容量高达1154 F/g,电位窗口是0~1.0 V vs Ag/AgCl参比电极,高于水分解的电位窗口和胞02的理论比容量;2 mV/s的扫描速率下,面积比电容为0. 12 F/cm2,质量比电容是975F/g,显著高于无GZ0骨架作基底的样品。改变循环扫描速度测试电极的比电容,得到的结果见图8a与图8b,
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