Fe3O4电极材料的制备及其电容性能

江宏亮 尹大川 张 丹 李福枝 石 璞

湖南工业大学

包装与材料工程学院

湖南 株洲 412007

1 研究背景

超级电容器具有循环寿命长、功率密度高、倍率性能好等优点而备受关注[1]。常见的超级电容器电极材料有碳材料、导电聚合物、过渡金属氧化物。其中，过渡金属氧化物具有比电容高、稳定性好等优点。RuO2具有较宽的电压窗口、优良的循环性能和热稳定性能[2]，但其价格昂贵，广泛商业化应用受到阻碍。Co3O4[3-4]、NiO/Ni(OH)2[5-6]也存在一些问题，如材料溶解，电子电导率和离子电导率较低，比表面积较小，难以均匀分散在碳基体上等。Fe3O4有Fe2+和Fe3+混合价态，电子可以在Fe2+和Fe3+之间快速转移，导电性优于其他铁氧化合物[7]，理论上具有较好的化学电容性能。Fe3O4具有生产成本低廉、绿色无污染、储量丰富等特点，Fe3O4的应用前景较好[8-10]。目前实验室合成Fe3O4方法主要有共沉淀法、溶剂热法、溶胶-凝胶法、微乳液法等[11]。

共沉淀法是指向含有一定比例的Fe2+和Fe3+混合溶液中加入碱性沉淀剂（如氢氧化钠、氨水等），经过高速搅拌，控制反应温度和pH值，得到纳米Fe3O4。于文广等[12]采用共沉淀法制备Fe3O4和碳纳米管的复合物，并用氨水作为沉淀剂，可使Fe3O4颗粒均匀分布在碳纳米管上，在浓度为1 mol/L的Na2SO3溶液中，当电流密度为0.5 A/g时，其比容量可达到13 F/g，经过1000次循环之后容量保持在86.5%。共沉淀法工艺简单，可扩大化生产，反应条件温和，但在合成过程中二价铁离子较易被空气氧化，故其纯度不好操控。

溶剂热反应是指在高压条件下将溶解度很小或不溶的物质溶解，或使物质间发生反应而达到溶解效果，再通过控制反应进程中高压容器内的温度，使容器内的溶液发生对流，获得过饱和状态的溶液，然后使其再结晶获得新的晶体。……