三维石墨烯的电化学性能研究

三维石墨烯/NiCo2O4的制备及其电化学性能的研究

摘要

由二维石墨烯片组成的三维多孔石墨烯兼具高导电性和多孔结构，为离子和电子提供了快速扩散通道，是理想的超级电容器电极材料。本课题拟以鳞片石墨为原料，通过改进的Hummer法制备氧化石墨烯，再以四水乙酸钴和四水乙酸镍与氧化石墨烯为原料通过高温水热再经过抽滤、干燥、煅烧等后续处理制备成三维石墨烯/NiCo2O4复合材料并改变实验条件，如加无水乙醇、调pH、加尿素、加表面活性剂（十六烷基三甲基氯化铵），并对它们的电化学能进行了初步研究。

通过X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）对制备的三维石墨烯/ NiCo2O4表征发现，三维石墨烯/ NiCo2O4被成功合成。恒流充放电测试结果表明，加表面积活性剂条件下制备的三维石墨烯/ NiCo2O4复合材料在0.5A/g电流密度下，比电容为666.7F/g。此外，三维石墨烯/ NiCo2O4也具有优良稳定性。

关键词：超级电容器三维石墨烯/ NiCo2O4石墨烯表面活性剂

3D GRAPHENE/NiCo2O4 PREPARATION AND

ELECTROCHEMICAL PERFORMANCE OF THE RESEARCH

ABSTRACT

By two-dimensional graphene piece of three-dimensional porous graphene with high conductivity and porous structure, provides a fast diffusion channels, ions and electrons is ideal for super capacitor electrode materials. This topic proposed to flake graphite as raw material, through the improvement of its preparation of graphene oxide, then with four water acetate cobalt and nickel acetate tetrahydrate and graphene oxide as raw material through the high temperature hydrothermal after extraction of subsequent processing such as filtering, drying and calcining into 3 d graphene/NiCo2O4 composite material and change the experimental conditions, such as adding anhydrous ethanol, pH, plus urea, and surfactant (cetyl trimethyl ammonium chloride), and their electrochemical can be studied. By X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscope (SEM) for the preparation of 3 d graphene/NiCo2O4 characterization, found that 3 d graphene/NiCo2O4 were successfully synthesized. Constant current charge-discharge test results show that adding surface active agent under the condition of the preparation of 3 d graphene/NiCo2O4 composite material under the current density of 0.5 A/g, specific capacitance is 666.7 F/g. In addition, 3 d graphene/NiCo2O4 also has good stability.

KEYWORDS supercapacitors,3D graphene/ NiCo2O4 ,graphene, suractant

1.绪论

1.1引言

随着经济的快速发展和科学技术的不断进步，人们对能源的要求日趋增长，然而现有的不可再生能源是有限的，人类面临着能源枯竭的危机。同时，环境的日趋恶化也是人类要面临的一个严峻的问题。因此，探索和开发环境友好型的新能源及材料已经是刻不容缓了。现在为止，风能、太阳能、生物质能、海洋能及氢能因其清洁、可再生等特性而备受关注。为了能充分的利用这些能源资源，急需开发出与之相匹配的高性能储能装置[1,2]。

目前，二次电池和超级电容器是各类新型的高性能的能量储存及转换技术中备受关注的两种。二次电池的特点是能量密度大，但是其因具有充放电时间长、功率密度相对较低等缺陷，不适合在一些大功率场合中应用[3]。随着科学技术的发展，传统的二次电池已经不适合在一些领域中应用了。例如，一些新能源电动车，虽然具有较高能量密度的动力电池组，但是由于体积的限制，无法满足电动汽车行驶过程中的高功率需求，使其发展受到限制。传统静电电容器的储存容量较低，因此也无法满足实际应用。为了解决这一问题，国内外兴起了一种新型储能元器件，即超级电容器，他们具有比传统的电解电容器更高的能量密度，比电池更高的功率密度及快速充放电、高循环寿命等优点，在电动汽车、电子消费、军事应用等领域具有非常广阔的应用前景[4]。

超级电容器又被称作电化学电容器，由于其功率密度大、倍率性能优异、充放电迅速、循环寿命长、原理简单和维护价格低等优点引起了学术界和工业界的广泛研究[5,6]。超级电容器具有比传统的电解电容器更高的能量密度，比电池更高的功率密度，因此很好的弥补了这两者之间的不足。目前大部分商用超级电容器的能量密度比传统静电电容器高很多，但是却比锂离子电池和燃料电池低很多。随着经济和科学技术的发展对超级电容器性能的要求也越来越高。因此，超级电容器研究者们希望不降低功率密度的条件下，把能量密度提升甚的接近至超过锂离子电池，并降低制备费用[7]。

1.2超级电容器简介

1.2.1超级电容器的发展史

超级电容器是二十世纪六十年代诞生的，迄今为止已经发展了几十年。第一个有关电容器的专利是Becker在1957年申请的，首次提出了将小型电化学电容器用做为储能器件，掀起了电容器的研究热潮[8]。之后，一种以活性碳为电极，以硫酸水溶液为电解质的电容器被生产出来了，并与1966年申请了利用双电层来进行电量储存的专利，后来转让给了NEC并把电容器生产商业化。随着科学技术的不断进步，研究的深入超级电容器在也逐渐开始被用作为电子器件的备用电源。

从上世纪70年代,逐渐开始以金属氧化物作为超级电容器的电极材料。这种赝电容器备受研究者的关注。赝电容器是在电极材料表面或体相中,其活性物质发生可逆的氧化还原反应来进行能量存储的电容器[9-11]。1975年到1981年之间先后开发出了以二氧化钌(Ru02)作为电极材料的超级电容器。此后,在超级电容器的研究取得了不菲的成果,并且开始着手研究新体系超级电容器。

1.2.2超级电容器特点

超级电容器与二次电池及传统的静电电容器性能比较，可以得知超级电容器的特点如下：

(1)能量密度相对较高。

(2)功率密度较大。

(3)充电时间很短。

(4)循环寿命长。

除此之外超级电容器还有很多优良的特性，例如，具有无记忆效应,串联等效很低电阻,环境友善,对充电电路要求简单,免维护等特点。但同时还有一些缺陷，超级电容器的比能量密度相对二次电池还是非常低,其能量密度最多与裡离子电池相差很远,在实际应用中,功率密度和能量密度不能同时满足实际情况的需求,在很大程度上限制了超级电容器的应用,特别是大容量领域的应用。这也是目前有待研究者们解决的关键技术问题。

1.2.3超级电容器的分类和储能机理

根据超级电容器不同的储能机理，可把超级电容器分为两类：双电层电容器和法拉第赝电容或准电容电容器[12]。双电层电容器是通过电极/电解质界面处发生的可逆的离子吸附来储能，大多用具有较大比表面的碳基材料作活性电极。而赝电容器则是通过电活性材料表面发生的快速、可逆的氧化还原反应来储能。

1.2.3.1双电层电容器

双电层电容器利用电极材料与电解质接触的界面处的静电电荷团聚来储能。研究发现，电解质溶液中的电极材料表面和与之接触的电解质溶液会表现出相

反的电荷，因而产生电位差。电解质溶液中的两个电极，会在外加电场的情况下，由于库仑力、原子或分子间的作用力使电荷重新排布。这个时候溶液中的正电荷会向正极移动，负电荷会向负极移动，在电极表面形成双电层，发生电容效应。

能量以双电层电荷的形式储存在电极材料的界面，充电时，负电荷从正极传送到负极，于此同时溶液中的正负离子移动到临近电极界面的位置，放电时，负电荷从负极移动到正极，正负电荷由电极界面释放出来。综上可知，充放电过程中电荷转移过程基本上都是物理变化，并没有发生任何化学反应。由此可见双电层电容器是一种物理的静电储能装置。

电极材料的电位及电极的比表面是决定双电层电容器电容的关键因素。因此,可以通过提高电极电位及比表面积来提高双电层电容器的电容[13]。现在通常都是通过增大电极的比表面积来增大双电层电容器的电容。单位面积的双电层电容Q可由式1.1得到：式（1.1）中：

ε—介电常数（无量纲）

k—静电力常量（N·m²/C²）

s—电极面积（m2）

d—双电层厚度（m）

C—电容量（F）

1.2.3.2法拉第雁电容器

法拉第赝电容器的储能原理与双电层电容器有很大的差别，在电极工作时，电极表面或近表面的发生的快速、可逆的氧化还原反应，是法拉第雁电容器的储能本质。法拉第赝电容器的储能过程既包括在双电层中储存的电容，又包括电化学活性物质由于氧化还原反应而储存的电容[14]，赝电容器有比双电层电容器更高的比电容量、能量密度，但同时降低了功率密度和循环寿命。过渡金属氧化物常见的雁电容器电极材料如，MnO2、RuO2、NiO和Co3O4等。RuO2因为具有好的导电率和较高的理论比电容而被广泛应用于雁电容器的电极材料。RuO2的赝电容器的比电容是由电极表面负电荷快速、可逆的反应和正电荷的吸附产生的，大小是许多因素决定的，例如颗粒大小、结晶程度、材料结构等，根据性质的差异得到的比电容在200-1200 Fg-1。据报道，RuO2·xH2O表现出比RuO2高得多的比电容[15]。虽然RuO2具有优异的能量存储性能，但由于其价格高昂和大规模生产的困难使的其发展受到严重限制。具有高的理论比容、低廉的价格和环境友好等优点的MnO2，被普遍认为是應电容器电极材料中最有前景的过渡金属氧化物之一

[16,17]。Goodenough等最先报道了 MnO2的比容性能[18]，随后MnO2作为超级电容器电极材料被广泛研究。法拉第赝电容器是目前研究的一个热点方向。

1.2.5超级电容器的现状及前景

超级电容器作为一种新型储能装置，因其优良的电化学性能备受关注和研究，并且已经广泛应用于电子通讯、交通运输、军事等各个领域。由于超级电容器的独特优点使其一问世就备受关注和研究，各国在该领域投入的资金逐年增加，随着市场需求的增加，年生产量也不断增加。目前在超级电容器研究方面，美国、日本、俄罗斯处于绝对的领先地位，几乎占据了整个超级电容器领域[19]。在全球的超级电容器生产总量中，日本占有率超过 90%，俄罗斯 Econd 公司及 NEC 公司在超级电容器的高压大功率研究方面占有绝对优势。

超级电容器最开始应用于电子器件的备用电源，随着科学的进步和不断深入到研究超级电容器的应用领域越来越广，例如移动电话、照相机、存储设备紧急备用电源和电动车、国防等领域。在这些领域中超级电容器有独到的优势，例如价格普遍比二次电池

低、使用寿命长、充电快速和可以在恶劣环境下正常工作等，因此其在很多领域已经开始替代二次电池使用。

1.3碳基材料

碳基材料是最早应用与超级电容器的一类电极材料，因其结构的特殊性具有具有较大的比表面积，与强酸或强碱电解液接触时不易被腐蚀，且在高温下工作时其性能稳定，与其他材料相比具有良好的导电性，研究者们常将其与其它材料结合制备出性能更高的复合材料，另外，碳基材料还具有价格低廉，原料来源广泛，容易加工成型，且不含有重金属离子，对环境绿色环保等优点，备受研究者们青睐。目前石墨烯，三维石墨烯研究很热门。

1.3.1石墨烯

2004年，英国曼切斯顿大学Konstantin Novoselov和Andre Geim等人，在实验中通过胶带反复剥离石墨片发现了一个原子厚度的单晶的石墨层——石墨烯[20]，2010年，这一发现取得了诺贝尔物理奖。石墨烯(graphene)是一种碳原子之间呈六角环形的片状体，由单层碳原子构成，在二维空间无限延伸的基面上，C-C键原子间距0．124nm，碳原子之间的键合能为345KJ／Mol[20]。石墨烯作为构成其他各维碳材料的基本结构(如图1-1（a）)，石墨烯可以包裹成零维(0D)富勒烯，卷曲成一维(1D)的碳纳米管，堆叠成三维(3D)的石墨[21]（如图1-1（b））。由于突出的物理、化学性能具有潜在的应用的前景，是近年来材料学、物理学及化学领域的研究热点。理论上，石墨烯具有高比表面(2630m2g-1)、奇特的电性能(15000cm2／(Vs))、常温下高速的电子迁移

(250000cm2v-1s-1)[22]、超高的导热率(~5000Wm-1K-1)[23]、高的光学透射率(~97．7％)、优异的机械性能(高杨氏模量1060Gpa、高强度130GPa)[24]等优点，被认为在场效应晶体管、光电探测器、传感器、透明电极、超级电容器、高分子复合材料、纳米复合功能材料、太阳能电池与储氢设备等领域具有广泛的应用前景。

（a） (b)

图1-2（a）石墨烯与其维他碳材料的关系图和（b）不同维度碳质材料结构示意图

1.3.2三维石墨烯

目前，研究发现将二维的石墨烯片组装成三维（3D）结构的石墨烯材料不仅可以有效的避免石墨烯的团聚和堆叠，而且具有三维连通的网络结构，高的孔隙率和极低的表观密度。同时还具有石墨烯的高热导率，良好的柔韧性，优异的电荷传导能力，非常突出的机械强度特性和高的比表面积，为离子和电子提供了快速扩散的通道，可实现电极材料的快速充放电性能[25-28]。因此通过三维石墨烯与其它金属氧化物复合做成超级电容器电极材料，不仅可以提高材料的电容量，同时还可以极大的降低超级电容器的内阻，为超级电容器的研究提供了有利的条件。

Xiaochen Dong等人[29]使用模板法使用镍大气压泡沫体（1.0mm厚）作为基片和乙醇作为前体通过化学气相沉积来合成三维石墨烯泡沫（如图1-3（a）），并用1.0M硫酸钠作为电解质，Ag / AgCl电极作为参比电极来进行的三电极实验装置（CHI660D电化学工作站，辰华，上海）进行CV测试,测试结果表明纯的三维石墨烯泡沫电容很小。

（a）三维石墨烯泡沫（b）三维石墨烯气凝胶

图1-2

Zhong-Shuai Wu等人[30]利用冷冻干燥合成的三维石墨烯气凝胶（GA-MC）（如图1-3（b）），在采用1 摩尔每升的硫酸作为电解液的三电极系统中测试了三维石墨烯气凝胶的CV曲线，并测试出在1伏每秒的扫描速度下获得的比容量约为226F g−1。

成会明课题组[32]以甲烷为原料，用高温化学气相沉积的方法在Ni网上沉积石墨烯，待除去Ni网后获得三维打孔泡沫结构的石墨烯。

石高全等[31]用化学还原法制备了石墨烯水凝胶并测试了其作为超级电容器电极材料的性能，发现在电流密度为1A/g，比电容高达222F/g，即使在大电流密度（100A/g）下，其比电容仍有165F/g，表现出良好的电容性能和快速的充放电能力。

1.4钴酸镍

钴酸镍是一种混合价态金属氧化物, 具有典型的尖晶石型结构。钴酸镍晶体结构中,八面体位置被镍离子占据,除了八面体位置四面体位置也被钴离子占据，固态氧化还原对Co2+/Co3+ 和Ni2+/Ni3+在结构中的出现为赝电容的产生提供了两个活性中心，钴酸镍本身具有良好的导电性。钴酸镍在自然界中储量丰富，且具有价格低廉、环境友好、良好的导电性、较高的电化学活性、丰富的氧化还原反应等特点，使其在电化学领域中占用重要的地位。越来越多的研究者投身到钴酸镍的研究中。然而钴酸镍也与其它的金属氧化物一样存在着一些问题，如活性物质利用率低及高倍率性能不佳等，本文通过水热法把钴酸镍和三位石墨烯复合，希望这一问题得到解决。

1.5本课题的研究意义和研究内容

具有充放电速度快、功率密度高、循环寿命长的超级电容器在通讯、交通、军事、

电子等方面己得到了广泛的应用。然而高容量、高循环性能仍是研究者不懈追求的目标。而电极材料又是影响超级电容器的关键因素,因此研宄者都致力开发新的性能优异的电极材料。NiCo204作为金属氧化物中的杰出代表,具有高比容、低价格、环境友好等优点,更是成为热点,但是其循环性能和倍率性能还是难以满足实际需求。因此我们通过改进的Hummer法制备氧化石墨烯，Ni2+和Co2+与氧化石墨烯混合均匀，经过水热及后续处理，制得三维石墨烯/NiCo2O4，希望能解决问题。主要研究内容如下：

以鳞片石墨为原料，通过改进的Hummer法制备氧化石墨烯，再以四水乙酸钴和四水乙酸镍与氧化石墨烯为原料通过高温水热再经过抽滤、干燥、煅烧等后续处理制备成三维石墨烯/NiCo2O4复合材料并改变实验条件，如加无水乙醇、调pH、加尿素、加表面活性剂（十六烷基三甲基氯化铵），并通过X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）对它们进行结构表征和通过循环伏安法、恒流充放电及电化学交流阻抗测试对它们的电化学能进行了初步研究。

2实验部分

2.1材料制备

2.1.1主要实验药品

本实验研究用到的试剂和材料见表2.1

表2.1主要的试剂和材料试剂名称规格厂家或产地

鳞片石墨分析纯（AR）天津市风船化学试剂科技有限公司

高锰酸钾（KMnO4）分析纯（AR）天津市北辰化学试剂有限公司

浓磷酸（H3PO4）分析纯（AR) 天津市风船化学试剂科技有限公司

浓硫酸（H2SO4）分析纯（AR）洛阳昊华化学试剂有限公司

30%过氧化氢（H2O2）分析纯（AR）烟台市双双化工有限公司

5%氯化氢（HCl）自配

四水乙酸钴分析纯（AR）国药集团化学试剂有限公司

四水乙酸镍分析纯（AR）国药集团化学试剂有限公司

氢氧化钠（NaOH）分析纯（AR）天津市风船化学试剂科技有限公司

无水乙醇分析纯（AR）国药集团化学试剂有限公司

十六烷基三甲基氯化铵（CTAC）

尿素（CO(NH2)2）分析纯（AR）天津市风船化学试剂科技有限公司

氢氧化钾（KOH）分析纯（AR）天津市风船化学试剂科技有限公司

氯化钾（KCl）分析纯（AR）天津市致远化学试剂有限公司

琼脂粉 BR 北京奥博星生物技术有限公司

氯化钡（BaCl）分析纯（AR）国药集团化学试剂有限公司

隔膜Celgard2400 日本NKK

PTFE粘结剂电池级新乡中科电源有限公司

科琴黑/导电剂电池级新乡中科电源有限公司

2.1.2实验仪器

本实验研究用到的仪器见表2.2

表2.2主要仪器仪器名称型号厂家

恒温加热磁力搅拌器 DF-101D 巩义市予华仪器有限公司

电动搅拌器 JJ-1 金坛市中大仪器厂

超声波清洗器 KQ-300D 东莞科桥超声波设备有限公司

电热恒温鼓风干燥机 DHG-9146A 上海精宏实验设备有限公司

X射线衍射(XRD) D8/advance 德国布鲁克公司

扫描电子显微镜（SEM）JSM-6490LV 日本电子公司

新威电池检测仪 TC5.X 深圳市新威尔电子有限公司

电化学工作站 CHI-660D 上海辰华仪器有限公司

蓝电电池检测仪 LandCT2001A 武汉市胜蓝电子有限公司

冰箱 BCD-197KA 河南新飞电器有限公司

离心机 H1850 湖南湘仪实验仪器开发有限公司

电加热套 SZCL-2A 巩义市予华仪器有限责任公司

压片机 FW-4A型天津市光化学仪器厂

加热型冷冻干燥机 FD 上海欣谕仪器有限公司

管式炉 XD-1400ST

真空干燥箱 XMTD-8222

电子天平梅特勒-托利多仪器有限公司

超声波细胞粉碎机 BILON92-IID 上海比朗制造有限公司

循环水真空泵 SH2-DIII 巩义予华仪器有限公司

pH计 PHS-3C上海仪电科学仪器股份有限公司

微电脑金属点焊机 JX-2158 深圳市佳佳讯电子有限公司

其他仪器如下：

三颈烧瓶（500mL），量筒 (10 mL、50 mL、100 mL)，烧杯 (50 mL、250 mL、500mL、1L)，铁架台，温度计 (100 ℃)，玛瑙研钵，洗液瓶，500mL容量瓶，反应釜（内外衬）（100mL），滴管，透析袋，称量纸，橡皮筋，塑料片（4cm×4cm），漏斗，玻璃棒,滴管，剪刀，磁子，镊子，表面皿。

2.1.3氧化石墨的制

本实验采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯，取2.0 g纳米石墨通过小漏斗加入到500ml三口瓶中，加入240ml浓硫酸/26.6ml浓磷酸混合溶液在冰浴中搅拌10min，在搅拌下缓缓加入12gKMnO4粉末，加入时间为30min左右，用加热套加热，加热到50℃（先将夹热套调到30℃，等温度稳定在设定值后，再设置到50℃）后，采用机械搅拌24h，然后冷却至室温。将混合物缓慢加入到含有30%H2O2（2ml）的冰（266ml）1L的烧杯中，用玻璃杯搅拌片刻，向混合溶液中滴加30%的H2O2至溶液变为亮黄色，加入（267ml）的去离子水，静置2h，然后倒掉上清液。将所得液体离心（10000r/min)5min,把上层清夜倒掉后,用5%HCl洗涤至无SO42-（用0.5mol/L的BaCl2溶液检验）;然后水洗至接近中性；将所得溶液放入透析袋中磁力搅拌透析至无氯离子（用AgNO3检测），透析完成后搅拌30min再超声30min（使用粉碎超声机）得到氧化石墨烯溶液，测量其浓度再将其放入4℃冰箱冷藏待用

2.1.4三维石墨烯/NiCo2O4的制备

方案一：2.2制备的氧化石墨烯用前超声30min,称取一定量的氧化石墨烯分散液（正好配制成80ml,1g/ml的溶液）放入100ml反应釜中，加去离子水配成70ml的溶液搅拌10min，按mNi/mGO=40%称取四水乙酸镍（Ni(CH3COO)2·4H2O）135.65mg,四水乙酸钴（Co(CH3COO)2·4H2O）271.56mg， nNi:nCo=1:2,把称取的Ni(CH3COO)2·4H2O和Co(CH3COO)2·4H2O溶于10ml水完全溶解后，滴加入反应釜中，滴加完后再搅拌30min,然后超声30min，接着在180℃的条件下反应12小时，自然冷却。将产物抽滤洗涤，滤渣放入氢氧化钠溶液（mNaOH=261.66mg）中超声两小时，清洗表面碱液冷冻干燥。将干燥产物碾磨成粉末并在管式炉中煅烧（300℃ 4h 1℃/min）即得样品。可改变条件:

a.搅拌30min后调PH至8~9左右；

b.配溶液时加入30ml无水乙醇；

c.同时改变a和b；

d.在c的基础上按mNi/mGO=20%、mNi/mGO=40%、mNi/mGO=60%;

e. 180℃后在100℃6h，然后抽滤60℃真空干燥12h;

f.同时满足a和e。

方案二：2.2制备的氧化石墨烯分散液，用前超声30min，称取一定量的氧化石墨烯分散液（正好配制成80ml,1g/ml的溶液）、20ml无水乙醇和去离子水混合成60ml溶液放入100ml反应釜中，按mNi/mGO=40%称量四水乙酸镍，称四水乙酸镍135.65mg、四水乙酸钴271.56mg溶于10ml水，滴加到反应釜中，加完后搅拌20min,超声20min，慢慢滴加10ml尿素（CO(NH2)2）溶液（含尿素130.96mg）滴加完后搅拌30min，180℃12h自然冷却至室温。抽滤，滤渣60℃真空干燥12小时，产物碾磨成粉末，管式炉300℃2小时，1℃/min即得样品。可改变条件即加长搅拌时间到50min。

方案三2.2制备的氧化石墨烯分散液，用前超声30min，称取一定量的氧化石墨烯分散液（正好配制成80ml,1g/ml的溶液）、20ml无水乙醇和去离子水配成70ml溶液，在100ml反应釜中磁力搅拌，500mg十六烷基三甲级氯化铵（CTAC），按mNi/mGO=40%称量四水乙酸镍，四水乙酸镍135.65mg、四水乙酸钴90.52mg溶于10ml水中，滴加到反应釜中，加完后搅拌20min,调节PH≈9~10,再搅拌40min，超声30min, 180℃20小时，自然冷却至室温，抽滤，先水洗几次再无水乙醇洗几次，滤渣40℃真空干燥过夜，碾磨

成粉末即得产品。改变条件：

a.产品再用管式炉煅烧（300℃2小时，1℃/min）；

b.加长180℃时间至30h。

2.1.5电极的制备

(1)三维石墨烯/NiCo2O4材料的准备：将冷冻干燥的产品在玛瑙研钵中快速研磨半小时左右，使产品成均匀的粉末状。

电极片的制作：用微电脑金属电焊机将1cm×1cm或3cm×3cm大小的泡沫镍片与铝合金条焊接在一起，用蒸馏水超声15min，倒去水溶液，用无水乙醇超声15min，回收乙醇，在80℃到100℃的烘箱中干燥2小时。

（2）将活性物质、导电剂科琴黑、粘结剂聚四氟乙烯 (PTFE) 按质量比为8:1:1的比例称量，在表面皿上先称三维石墨烯/NiCo2O4，再称科琴黑，然后快速称量PTFE，加无水乙醇搅拌均匀，将混合物涂到1×1 (cm)的泡沫镍（烘箱中80℃干燥30min并称量后）上，每片约涂上5mg，放入真空烘箱80℃干燥3-4小时，再用FW-4A型压片机上在10 MPa压力下压30s制成电极片，再次放入真空烘箱80℃干燥20-30min，称出泡沫镍前后质量差Δm得到活性物质的质量。

（4）制作电极。

(5)将制作好的电极放置在含2mol/L的KOH水溶液的烧杯中，用保鲜膜密封，放置12小时，使电极活化。

两电极体系:将两片电极分别作阴极和阳极，聚丙烯微孔膜作为隔膜，使用2mol/L的KOH溶液作为电解液组成电容器。

三电极体系：将制作的样品电极片和活性炭电极极片（已经制备好）分别作阴极和阳极，聚丙烯微孔膜作为隔膜，使用2mol/L的KOH溶液作为电解液组成电容器。测量时使用盐桥连接电容器和饱和的KCl溶液（都事先准备好）制成三电极体系。

两电极比电容由下式计算：

C=2IΔt/m ΔV（2-1）

式中C为单电极比电容F/g；I为充放电电流A；Δt为充放电时间s；m为单个电极中活性物质的质量（相对较小的活性物质的质量）g；ΔV为充放电时间内电压变化V。

三电极比电容由下式计算：

C=I∆t（2-2） m∆V

式中C为单电极比电容F/g；I为充放电电流A；Δt为充放电时间s；m为单个电极中活性物质的质量g；ΔV为充放电时间内电压变化V。

2.1.6盐桥的制备

在500ml的烧杯中加入去离子水400ml，磁力搅拌器上加热及搅拌。称取6g琼脂加入烧杯不断搅拌。等加热到90℃左右时，琼脂开始溶化。琼脂完全溶化后，再逐渐加入20gKCl,充分搅拌。将U形管放入盛有开水的烧杯中加热，将烧开的琼胶缓慢倒入加热的U形管中，使溶液与U形管的两面相平，冷却待用。

2.2材料的形貌结构和电化学性能的测试

2.2.1材料的表征

2.2.1.1 X射线衍射分析

本实验采用德国布鲁克公司的D8/advance型X射线粉末衍射仪(X．raydiffraction，XRD)对制得的粉体样品三维石墨烯/NiCo2O4复合材料的物相进行分析。测试条件：以铜钯Cu-Ka(λ=1．5406Å)为射线源，工作电压为40kV，电流为40mA，扫描角度范围为3-800，步进宽度为0.02°，扫描速率为50/min。

由布喇格公式和谢乐公式(Scherrer公式) [33]可以求出晶面间距(d(002))、晶格参数(La，Lc)。

根据布喇格公式与Scherrer公式：

2dsinθ=nλ (2-3)

n=1时，d(002)=λ (2-4) 2sinθ（002）

Lhkl=KλKλKλ (2-5) ⇒Lc=,La=βcosθβ002cosθ002β100cosθ100

式中K为常数0.89；λ为X射线波长，λ=1．5406Å；θ为(002),(100)晶面

衍射峰对应的布拉格衍射角；β为对应衍射峰的半高宽。

2.2.1.2扫描电镜分析

本实验采用日本电子公司的JSM-6490LV型扫描电子显微镜(scanning electron microscopy，SEM)对三维石墨烯/NiCo2O4复合材料的形貌进行分析。测试条件：粉末样品，没有经过喷金处理，二次电子成像，加速电压为10KV。

2.2.2电化学性能测试

2.2.2.1循环伏安（CV）

本实验采用上海辰华仪器有限公司生产的CHI-660D型电化学工作站对三维石墨烯/钴酸镍复合材料进行循环伏安测试。使用2mol/L的KOH水溶液为电解液，Ag / AgCl电极为参比电极。为防止水系电解液分解，循环伏安测试的工作电压窗口范围设置为-0.1-0.5V或-0.3-0.5。扫描速率为5mV/s、10mV/s、15mV/s、20mV/s。

2.2.2.2恒流充放电

本实验采用上海辰华仪器有限公司生产的CHI-660D型电化学工作站在-0.05-0.4或-0.1-0.35电压范围内以不同的电流密度（0.5,1,2,4A/g）对三维石墨烯/钴酸镍复合材料进行恒流充放电测试。通过对恒流充放电实验数据可分析计算出活性材料(三维石墨烯／NiCo2O4复合材料)的比电容量。三电极活性材料的电容计算公式2-2。

2.2.2.3电化学阻抗谱测试（EIS）

电化学交流阻抗谱的测试在上海辰华仪器有限公司生产的CHI-660D型电化学工作站测试仪上完成。测试前需将电极静置，使其电位趋于稳定，测试时频率范围为0.01-100KHz，电压振幅为5mV。

3结果与讨论

3.1三维石墨烯／NiCo2O4的结构及形貌表征

a b c

图3-1a、b、c分别是方案一、方案二、方案三制备的复合材料的SEM图

图3-1是三种不同方案合成的复合材料的扫描电子显微镜（SEM），图3-1（a）是方案一中调ＰＨ和加无水乙醇制备出的复合物的扫描电子显微镜（SEM），从图中可以看出NiC0204聚集在石墨烯上形成很大的块状，这种大块上有许多小颗粒，大块比较密实，很难发现有缝隙的存在。这种缺少丰富空隙的块状结构，严重影响了电解液离子的渗透和扩散,同时也使比表面积下降很多,导致比电容比预期的低很多。

图3-1（ｂ）是方案二制备出的复合物的扫描电子显微镜（SEM），从图中可以看出石墨烯被NiC0204纳米片覆盖，NiC0204纳米片是由许多针状的NiC0204形成的，这种结构因为有很多空隙而使其具有较大的比表面积，同时孔道的存在也有利于电解液离子的渗透和扩散，使其具有良好的比电容。CO(NH2)2的水解是一个相对缓慢的过程，有利于形成均一粒径的沉淀前驱体[34]。本方案中加入的尿素起到沉淀剂的作用，Ni2+和Co2+与尿素水解产生的CO32-或OH-结合在一起，形成一种均一的盐沉淀，非常有利于复合材料的形成。高温煅烧过程中CO32-和OH-以CO和H2O的形式释放出来，盐分解成NiC0204，产物保存了良好的针状结构。

图3-1（c）是方案三制备出的复合物的扫描电子显微镜（SEM），从图可以看出石墨烯上覆盖很多小的NiC0204纳米片和NiC0204小颗粒，NiC0204小颗粒团聚不明显，出现

的块状较少且疏松，分散性较好，材料有很多尺寸不一的孔道。大的空隙有利于电解液离子的渗透和扩散,为电极材料快速充放电时电解液电荷的需求提供了保障。小的空隙大大增加了电极材料的比表面积,增大电解液电荷进入材料的反应界面,同时也为电解液进入材料中提供了便利的通道。这些尺度不一的空隙相互配合，形成了非常有利于材料电化学性能的结构,增加氧化还原反应的活性位点,有利于材料内部的氧化还原反应,从而提高电极材料的比电容。该方案加入了表面活性剂（十六烷基三甲基氯化铵），表面活性剂吸附在小颗粒表面，使小颗粒之间具有斥力而减少颗粒之间的团聚，水热处理后将这些表面活性剂洗涤掉，就会在材料中形成许多空隙结构，这些空隙有利于电解液进入材料，有利于材料中氧化还原反应的进行，最终提高材料的比电容。

[***********]0加无水乙醇pH20%pH60%pH40%调pH方案一 Intensity(a.u)

2θ(deg)

图3-2方案一中不同条件下材料三维石墨烯/NiCo2O4的XRD图

图3-2方案一中不同条件下材料三维石墨烯/NiCo2O4的XRD图，观察到六个不同衍射峰分别在2θ为19.23O，31.56O，37.05O，59.32O，44.58O，65.16O处，衍射峰的强度和宽化程度分别说明了复合材料的结晶程度和粒径大小，衍射峰强度越高说明结晶性越好，宽度越大则粒径越小，这些峰可以确定尖晶石NiCo2O4晶体结构，37.05O处的衍射峰最强说明了该复合材料具有较高的结晶度，37.05O，59.32O，65.16O出现了较宽的衍射峰，表明了样品材料的粒径较小。

3.2三维石墨烯/NiCo2O4电化学性能的测试

Potential(V) vs.SCE

Time(s)

图3-3方案一及方案一中改变条件时产物三维石墨烯/NiCo2O4在0.5A/g下充放电曲线图

Potential(V) vs.SCETime(s)

图3-4是方案二产物三维石墨烯/NiCo2O4在不同电流密度下的充放电曲线图

Potential(V)vs.SCETime(s)

图3-5是方案三产物三维石墨烯/NiCo2O4在不同电流密度下的充放电图

图3-3中a的条件是加无水乙醇调pH mNi/mGO=40%，b的条件是加无水乙醇调pH mNi/mGO=60%，c的条件是加无水乙醇调pH mNi/mGO=20%,d的条件是调pH, e是方案一不改变条件，f的条件是加无水乙醇，g的条件是方案一中的e, h的条件是方案一中的f，它们在0.5A/g条件下计算出的比容分别是338F/g、322 F/g、217 F/g、205 F/g、209 F/g、189 F/g、122 F/g、106 F/g。由此可知方案一中条件是加无水乙醇调pH mNi/mGO=40%时的电性化学性能相对好一点。图3-4是方案二产物三维石墨烯/NiCo2O4在不同电流密度下的充放电曲线图，a、b、c、d是电压范围为-0.05-0.4V电流密度分别为0.5A/g、1A/g、2A/g、4A/g是的曲线，对应的比容分别是400F/g、266 F/g 、222 F/g、 213 F/g，可知比容随着电流密度的增大而减小。图3-5是方案三产物三维石墨烯/NiCo2O4在不同电流密度下的充放电曲线图，a、b、c、d是电压范围为-0.1-0.35V电流密度分别为0.5A/g、1A/g、2A/g、4A/g是的曲线，对应的比容分别是666.7F/g、577.8F/g 、488.9 F/g、355.6 F/g，比容随着电流密度的增大而减小，最大比容是666.7F/g，也是三种方案中最大的比

容。这种三维石墨烯/NiCo2O4的电容值高于其他形貌的NiCo204电极材料的电容值。如纳米片阵列(575 F/g)[35],海胆状微球结构(296 F/g at 1 A/g)[36]等。一般情况下,充放电电流密度增加会引起电压的增加,从而使反应过程中部分活性物质来不及参与反应,造成大电压密度充放电比容量下降。

Current（A）

E(V)vs.SCE

图3-6是方案一加无水乙醇调pH mNi/mGO=40%制备的三维石墨烯/ NiCo2O4不同扫速下的循环伏安曲线

Current(A)

E(v) vs.SCE

图3-7是方案二

制备的三维石墨烯 / NiCo2O4不同扫速下的循环伏安曲线

Current（A）

E(V)vs. SCE

图3-8是方案三制备的三维石墨烯/NiCo2O4不同扫速下的循环伏安曲线

Current(A)

E(V)vs.SCE

图3-9三种不同的方法制备的样品在扫速5mV/s下的循环伏安曲线

图3-6是方案一加无水乙醇pH mNi/mGO=40%制备的三维石墨烯/NiCo2O4作为电极材料在 2 mol·L-1 KOH 电解液中不同扫描速率的循环伏安曲线。分别在5 mV/s-1，10 mV/s-1，15 mV/s-1，20 mV/s-1扫描速率下的循环伏安曲线，观察发现，每条曲线均显现了明显的氧化还原峰，具有典型的赝电容特性。峰电流和电位随着扫描速率的增加而增

加，这是因为扫描速率增大，复合材料的电荷转移率变小，从而使金属离子氧化还原程度增加，造成峰的电位差增大。且随着扫描速率的增加，该方法制备的三维石墨烯/NiCo2O4复合物电极材料的循环伏安图形没有明显变形，基本保持原形的规律变化，说

Z''/Ω

Optimization Iterations:

Z'/Ω0

图3-10 a 是方案一中调pH制备的样品的交流阻抗及其模拟曲线图；b 是方案二加尿素时制备的样品的交流阻抗及其模拟曲线图；c 是把a，b 中的模拟曲线绘制在一起方便比较

电化学阻抗谱(EIS)是用来说明电化学电容器频率响应特征的一个有效的实验方法，这种方法可以提供充电/放电过程中电极材料的电子/离子导电性以及等效串联电阻等的信息。其谱图特征主要表现在以下两个方面：一是高频区出现半圆，二是在低频区域出现直线部分。高频区的半圆与实轴的截距代表复合材料的内阻，这与活性材料本身固有的电阻、电解液电阻、活性材料和集电极界面的接触电阻都有关系，在相同的实验条件下，截距变化主要是受活性材料电阻的影响。

在图3-10 a，b中我们都可以看到在高频区能观察到一个小弧，在低频区是一条直线。出现半圆半径较小代表此材料的内阻较小，低频区出现直线说明则表明其电容件能好。为了进一步比较，我们把它们绘制在一起在图3-10 c，我们可以看到加尿素时制备的样品的圆弧比调pH时制备的样品的圆弧要小，直线斜率也要大。测试得到的交流阻抗曲线与横坐标的交点代表着电极材料的的内在阻抗,等效于图3-10中的R1。它主要是指测试体系中电极材料的本征阻抗、离子阻抗以及各种接触阻抗,从图上可以看出,它们的内阻都接近于1.6且加尿素时的小一些。另外,处在高频区的半圆指的是感应电荷转移阻抗（R2）从图中可以出,加尿素时和调pH时两种方法制备的电极材料的转移阻抗都比较接近,分别为0.3和0.4Ω。另外，低频区的稍有倾斜的直线指的是在电极活性物质孔道中的电解液离子的扩散阻抗,低频区曲线的斜率越大,说明电解液在材料体相中的扩散阻抗很小，从图中可以看出加尿素时制得的样品的斜率较大，说明加尿素时制备的样品的扩散阻抗小。

4结论

作为一种新型的储能器件，超级电容器具有功率密度高、充放电时间快和循环寿命长等诸多优点。而影响其性能的关键因素就是超级电容器的电极材料。在诸多超级电容器的电极材料中，过渡金属氧化物因其价廉具有对环境友好、比容高等特点而成为了研究热点。本文以三维石墨烯/NiCo2O4的制备和电化学性能的研究为主要目的，通过改进的Hummer法制备氧化石墨烯，经过水热法把Ni2+，Co2+生长在形成的三维石墨烯上，再经过碱洗、干燥、煅烧等处理形成NiCo2O4。采用扫描电子显微镜和X射线衍射法

（XRD）对制备的三维石墨烯/NiCo2O4的形貌、结构进行了表征，利用恒流充放电、循环伏安以及电化学阻抗技术测试了三维石墨烯/NiCo2O4复合材料的电容性能。所得结论如下：

（1）方案一中在不同条件下制备的三维石墨烯/NiCo2O4复合材料作为电极材料，以2mol/LKOH溶液作为电解质溶液，在电流密度为0.5A/g条件下进行充放电测试，计算比电容。条件为加无水乙醇调pH mNi/mGO=40%时的比容最大，是338F/g。方案二和方案三在相同条件下的比容是400 F/g，667 F/g。方案二中加入的尿素起到沉淀剂的作用，Ni2+和Co2+与尿素水解产生的CO32-或OH-结合在一起，形成一种均一的盐沉淀，非常有利于复合材料的形成。高温煅烧过程中CO32-和OH-以CO和H2O的形式释放出来，盐分解成NiC0204，产物保存了良好的针状结构，电化学性能比较好。方案三加入了表面活性剂（十六烷基三甲基氯化铵），表面活性剂吸附在小颗粒表面，使小颗粒之间具有斥力而减少颗粒之间的团聚，水热处理后将这些表面活性剂洗涤掉，就会在材料中形成许多空隙结构，这些空隙有利于电解液进入材料，有利于材料中氧化还原反应的进行，最终提高材料的比电容。

（2）通过计时电位计算比容，比容随着电流密度的增加而减小，循环伏安曲线的面积随着扫描速率的增加而增大并且形状基本不变，说明了其具有较好的大电流充-放电的潜质。方案三制备的三维石墨烯/NiCo2O4复合材料具有稳定性好，比容大等优点。

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三维石墨烯/NiCo2O4的制备及其电化学性能的研究

摘要

关键词：超级电容器三维石墨烯/ NiCo2O4石墨烯表面活性剂

3D GRAPHENE/NiCo2O4 PREPARATION AND

ELECTROCHEMICAL PERFORMANCE OF THE RESEARCH

ABSTRACT

KEYWORDS supercapacitors,3D graphene/ NiCo2O4 ,graphene, suractant

1.绪论

1.1引言

1.2超级电容器简介

1.2.1超级电容器的发展史

1.2.2超级电容器特点

超级电容器与二次电池及传统的静电电容器性能比较，可以得知超级电容器的特点如下：

(1)能量密度相对较高。

(2)功率密度较大。

(3)充电时间很短。

(4)循环寿命长。

1.2.3超级电容器的分类和储能机理

1.2.3.1双电层电容器

ε—介电常数（无量纲）

k—静电力常量（N·m²/C²）

s—电极面积（m2）

d—双电层厚度（m）

C—电容量（F）

1.2.3.2法拉第雁电容器

[16,17]。Goodenough等最先报道了 MnO2的比容性能[18]，随后MnO2作为超级电容器电极材料被广泛研究。法拉第赝电容器是目前研究的一个热点方向。

1.2.5超级电容器的现状及前景

低、使用寿命长、充电快速和可以在恶劣环境下正常工作等，因此其在很多领域已经开始替代二次电池使用。

1.3碳基材料

1.3.1石墨烯

（a） (b)

图1-2（a）石墨烯与其维他碳材料的关系图和（b）不同维度碳质材料结构示意图

1.3.2三维石墨烯

（a）三维石墨烯泡沫（b）三维石墨烯气凝胶

图1-2

成会明课题组[32]以甲烷为原料，用高温化学气相沉积的方法在Ni网上沉积石墨烯，待除去Ni网后获得三维打孔泡沫结构的石墨烯。

1.4钴酸镍

1.5本课题的研究意义和研究内容

具有充放电速度快、功率密度高、循环寿命长的超级电容器在通讯、交通、军事、

2实验部分

2.1材料制备

2.1.1主要实验药品

本实验研究用到的试剂和材料见表2.1

表2.1主要的试剂和材料试剂名称规格厂家或产地

鳞片石墨分析纯（AR）天津市风船化学试剂科技有限公司

高锰酸钾（KMnO4）分析纯（AR）天津市北辰化学试剂有限公司

浓磷酸（H3PO4）分析纯（AR) 天津市风船化学试剂科技有限公司

浓硫酸（H2SO4）分析纯（AR）洛阳昊华化学试剂有限公司

30%过氧化氢（H2O2）分析纯（AR）烟台市双双化工有限公司

5%氯化氢（HCl）自配

四水乙酸钴分析纯（AR）国药集团化学试剂有限公司

四水乙酸镍分析纯（AR）国药集团化学试剂有限公司

氢氧化钠（NaOH）分析纯（AR）天津市风船化学试剂科技有限公司

无水乙醇分析纯（AR）国药集团化学试剂有限公司

十六烷基三甲基氯化铵（CTAC）

尿素（CO(NH2)2）分析纯（AR）天津市风船化学试剂科技有限公司

氢氧化钾（KOH）分析纯（AR）天津市风船化学试剂科技有限公司

氯化钾（KCl）分析纯（AR）天津市致远化学试剂有限公司

琼脂粉 BR 北京奥博星生物技术有限公司

氯化钡（BaCl）分析纯（AR）国药集团化学试剂有限公司

隔膜Celgard2400 日本NKK

PTFE粘结剂电池级新乡中科电源有限公司

科琴黑/导电剂电池级新乡中科电源有限公司

2.1.2实验仪器

本实验研究用到的仪器见表2.2

表2.2主要仪器仪器名称型号厂家

恒温加热磁力搅拌器 DF-101D 巩义市予华仪器有限公司

电动搅拌器 JJ-1 金坛市中大仪器厂

超声波清洗器 KQ-300D 东莞科桥超声波设备有限公司

电热恒温鼓风干燥机 DHG-9146A 上海精宏实验设备有限公司

X射线衍射(XRD) D8/advance 德国布鲁克公司

扫描电子显微镜（SEM）JSM-6490LV 日本电子公司

新威电池检测仪 TC5.X 深圳市新威尔电子有限公司

电化学工作站 CHI-660D 上海辰华仪器有限公司

蓝电电池检测仪 LandCT2001A 武汉市胜蓝电子有限公司

冰箱 BCD-197KA 河南新飞电器有限公司

离心机 H1850 湖南湘仪实验仪器开发有限公司

电加热套 SZCL-2A 巩义市予华仪器有限责任公司

压片机 FW-4A型天津市光化学仪器厂

加热型冷冻干燥机 FD 上海欣谕仪器有限公司

管式炉 XD-1400ST

真空干燥箱 XMTD-8222

电子天平梅特勒-托利多仪器有限公司

超声波细胞粉碎机 BILON92-IID 上海比朗制造有限公司

循环水真空泵 SH2-DIII 巩义予华仪器有限公司

pH计 PHS-3C上海仪电科学仪器股份有限公司

微电脑金属点焊机 JX-2158 深圳市佳佳讯电子有限公司

其他仪器如下：

2.1.3氧化石墨的制

2.1.4三维石墨烯/NiCo2O4的制备

a.搅拌30min后调PH至8~9左右；

b.配溶液时加入30ml无水乙醇；

c.同时改变a和b；

d.在c的基础上按mNi/mGO=20%、mNi/mGO=40%、mNi/mGO=60%;

e. 180℃后在100℃6h，然后抽滤60℃真空干燥12h;

f.同时满足a和e。

成粉末即得产品。改变条件：

a.产品再用管式炉煅烧（300℃2小时，1℃/min）；

b.加长180℃时间至30h。

2.1.5电极的制备

(1)三维石墨烯/NiCo2O4材料的准备：将冷冻干燥的产品在玛瑙研钵中快速研磨半小时左右，使产品成均匀的粉末状。

（4）制作电极。

(5)将制作好的电极放置在含2mol/L的KOH水溶液的烧杯中，用保鲜膜密封，放置12小时，使电极活化。

两电极体系:将两片电极分别作阴极和阳极，聚丙烯微孔膜作为隔膜，使用2mol/L的KOH溶液作为电解液组成电容器。

两电极比电容由下式计算：

C=2IΔt/m ΔV（2-1）

三电极比电容由下式计算：

C=I∆t（2-2） m∆V

式中C为单电极比电容F/g；I为充放电电流A；Δt为充放电时间s；m为单个电极中活性物质的质量g；ΔV为充放电时间内电压变化V。

2.1.6盐桥的制备

2.2材料的形貌结构和电化学性能的测试

2.2.1材料的表征

2.2.1.1 X射线衍射分析

由布喇格公式和谢乐公式(Scherrer公式) [33]可以求出晶面间距(d(002))、晶格参数(La，Lc)。

根据布喇格公式与Scherrer公式：

2dsinθ=nλ (2-3)

n=1时，d(002)=λ (2-4) 2sinθ（002）

Lhkl=KλKλKλ (2-5) ⇒Lc=,La=βcosθβ002cosθ002β100cosθ100

式中K为常数0.89；λ为X射线波长，λ=1．5406Å；θ为(002),(100)晶面

衍射峰对应的布拉格衍射角；β为对应衍射峰的半高宽。

2.2.1.2扫描电镜分析

2.2.2电化学性能测试

2.2.2.1循环伏安（CV）

2.2.2.2恒流充放电

2.2.2.3电化学阻抗谱测试（EIS）

3结果与讨论

3.1三维石墨烯／NiCo2O4的结构及形貌表征

a b c

图3-1a、b、c分别是方案一、方案二、方案三制备的复合材料的SEM图

[***********]0加无水乙醇pH20%pH60%pH40%调pH方案一 Intensity(a.u)

2θ(deg)

图3-2方案一中不同条件下材料三维石墨烯/NiCo2O4的XRD图

3.2三维石墨烯/NiCo2O4电化学性能的测试

Potential(V) vs.SCE

Time(s)

图3-3方案一及方案一中改变条件时产物三维石墨烯/NiCo2O4在0.5A/g下充放电曲线图

Potential(V) vs.SCETime(s)

图3-4是方案二产物三维石墨烯/NiCo2O4在不同电流密度下的充放电曲线图

Potential(V)vs.SCETime(s)

图3-5是方案三产物三维石墨烯/NiCo2O4在不同电流密度下的充放电图

Current（A）

E(V)vs.SCE

图3-6是方案一加无水乙醇调pH mNi/mGO=40%制备的三维石墨烯/ NiCo2O4不同扫速下的循环伏安曲线

Current(A)

E(v) vs.SCE

图3-7是方案二

制备的三维石墨烯 / NiCo2O4不同扫速下的循环伏安曲线

Current（A）

E(V)vs. SCE

图3-8是方案三制备的三维石墨烯/NiCo2O4不同扫速下的循环伏安曲线

Current(A)

E(V)vs.SCE

图3-9三种不同的方法制备的样品在扫速5mV/s下的循环伏安曲线

Z''/Ω

Optimization Iterations:

Z'/Ω0

4结论

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三维石墨烯的电化学性能研究

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