论文摘要
石墨烯,二维平面的单碳原子层,已成为了材料科学和物理界迅速崛起的新星。因为其具有较大的比表面积,良好的电和热传导性能,所以作为储能材料的应用潜力受到了极大的关注。本论文通过化学方法制备石墨烯(graphene)、CO3O4和Co3O4/graphene复合物,并用X射线衍射分析(XRD)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)等手段进行表征。XRD图谱表明制备了微米级的尖晶石构型的Co3O4,Co3O4/graphene复合物兼有尖晶石构型的C0304和石墨烯的特征峰,TEM显示复合物中四氧化三钴以纳米颗粒和棒状的形式存在于石墨烯表面和片层中,其中颗粒的粒径在10 nm以下。然后分别对石墨烯、纯Co3O4和Co3O4/graphene复合物的储锂性能进行了研究,结果表明石墨烯和四氧化三钴都具有较高的首次嵌锂容量,而Co3O4/graphene复合物的首次嵌锂比容量为786.08 mAh·g-1,库伦效率为96.55%,经过103次循环充放电后,嵌锂容量为1005mAh·g-1,脱锂容量为975 mAh·g-1,表现出了良好的可逆性和循环稳定性。为了考察不同Co3O4负载量对Co3O4/graphene复合物储锂性能的影响,制备了Co3O4含量不同的四种样品,研究的结果表明随着Co3O4含量的增加嵌锂容量增大,但在倍率性能测试中发现Co3O4含量为43.00%的复合物表现出最好的稳定性,在充放电电流增大到1860 mA·g-1时,嵌锂容量稳定在515 mAh·g-1。选取Co3O4负载量为43.00%的复合物对其电容性能进行了研究,结果表明复合材料兼有四氧化三钴的法拉第电容和石墨烯的双电层电容特性。首次充电比容量为441 F·g-1,放电比电容为363 F·g-1,经过500次循环比电容稳定在190 F·g-1,而且库伦效率在96%以上,表现了良好的循环性能和稳定性。
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