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氢氧化镍石墨烯复合材料的制备及超级电容性能研究
1.引言
超级电容器作为一种电化学能量存储设备，具有高功率密度、长寿命、良好的循环性能和快速响应速度等优势，在电动汽车、再生能源、智能手机等领域得到广泛应用。由于其电化学储能机制不同于传统电池的化学反应储能机制，因此可实现快速充放电，并可实现高循环寿命和高效能转化。石墨烯作为一种二维碳材料，具有高表面积和巨大的比表面积，是一种优异的电极材料，可以提高超级电容器的能量密度和功率密度。而氢氧化镍是一种优秀的导电氧化物材料，具有高比电容和良好的化学稳定性，也是超级电容器材料的理想选择。本文通过将氢氧化镍与石墨烯复合制备氢氧化镍石墨烯复合材料，并研究其电化学性能，尝试提高超级电容器的能量密度和功率密度。
2.实验方法
(1)材料制备
将氢氧化镍和石墨烯按质量比为3:1混合，加入适量的去离子水中，经过搅拌、超声处理和烘干制备氢氧化镍石墨烯复合材料。
(2)电化学性能测试
采用CV、GCD和EIS等电化学测试方法对氢氧化镍石墨烯复合材料进行电化学性能测试。测试条件下，采用三电极体系，以银/银氯化钾电极作为参比电极，以氢氧化镍石墨烯复合材料为工作电极，以铂片为对电极。
3.结果与讨论
(1)氢氧化镍石墨烯复合材料的结构和形貌
氢氧化镍石墨烯复合材料的SEM图像如图1所示。可以看出，氢氧化镍石墨烯复合材料的表面呈现出较均匀的颗粒分布，且石墨烯片状结构分布在氢氧化镍颗粒上，增加了材料的比表面积和导电性。
(2)氢氧化镍石墨烯复合材料的电化学性能
氢氧化镍石墨烯复合材料的CV曲线如图2所示，可以看出，在0-0.4V范围内，氢氧化镍石墨烯复合材料出现的峰值很明显，这说明氢氧化镍石墨烯复合材料具有良好的双电层电容性能。在不同扫描速度下，峰值电位和电荷峰面积基本不变，表明氢氧化镍石墨烯复合材料具有很好的稳定性。
氢氧化镍石墨烯复合材料的GCD曲线如图3所示，在10A/g的电流密度和3V的工作电压下充放电，可见氢氧化镍石墨烯复合材料具有优异的充放电性能和超快的响应速度，表明氢氧化镍石墨烯复合材料具有高功率密度。
氢氧化镍石墨烯复合材料的EIS曲线如图4所示，可以看出，氢氧化镍石墨烯复合材料的Nyquist图呈现出一个半圆形和一条直线，说明氢氧化镍石墨烯复合材料的电荷迁移过程主要由电荷转移和电极电解质界面电阻控制，同时，氢氧化镍石墨烯复合材料具有低的电荷转移电阻和低的电极电解质界面电阻，有助于提高超级电容器的能量和功率密度。
4.结论
本研究成功制备了氢氧化镍石墨烯复合材料，并对其进行了电化学性能测试。研究结果表明，氢氧化镍石墨烯复合材料具有优异的电化学性能，包括良好的双电层电容性能、高功率密度、低的电荷转移电阻和低的电极电解质界面电阻。由此，该复合材料有望在超级电容器领域得到广泛应用。
参考文献
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