哈尔滨工业大学能源科学与工程学院王辉教授课题组，通过引入氧化石墨烯（GO），成功提升了粉煤灰基硅酸锰/氧化锰复合材料的电化学性能。该研究利用静电组装法制备了GO与粉煤灰基复合材料，优化了GO的添加量，显著提高了材料的电荷传输速率和比电容。在0.5 A/g的电流密度下，优化后的复合材料FA@MS/MO/GO-2的比电容高达737.4 F/g，远超未复合GO的FA@MS/MO（293.4 F/g）。此外，该材料在非对称超级电容器中展现了出色的能量密度和循环稳定性，为高性能储能材料的开发提供了新思路。
氧化石墨烯调控粉煤灰基硅酸锰/氧化锰复合材料的电化学性能机制
陈冬，王辉，王敏，王登元，伍雪华
哈尔滨工业大学 能源科学与工程学院
1）利用静电组装法成功合成了氧化石墨烯与粉煤灰基硅酸锰/氧化锰的复合材料。
2）通过调节氧化石墨烯的加入量，显著优化了复合材料的电化学性能。
3）揭示了氧化石墨烯对复合材料电化学性能影响的机制，为高性能超级电容器电极材料的开发提供了理论依据。
研究背景
超级电容器作为一种高功率密度、长循环寿命的储能装置，其低能量密度限制了进一步发展。提升电极材料的电化学性能是解决这一问题的关键。粉煤灰作为一种低成本、来源广泛的材料，通过复合改性，有望成为高性能超级电容器电极材料的理想选择。
研究内容
1）制备了氧化石墨烯与粉煤灰基硅酸锰/氧化锰的复合材料。
2）通过XRD、SEM、XPS、FTIR等技术对材料的形貌与结构进行了表征。
3）利用循环伏安法、恒电流充放电、交流阻抗测试等方法对材料和器件性能进行了测试。
研究结论
2）优化后的FA@MS/MO/GO-2在0.5 A/g电流密度下的比电容达到737.4 F/g，容量保持率在67%。
3）组装的非对称超级电容器展现出优异的能量密度和循环稳定性，具有潜在的应用前景。
图 1 GO、FA＠MS／MO和FA＠MS／MO／GO-1、2、3的XRD 谱图
图 5 添加不同量氧化石墨烯的硅酸锰/氧化锰的倍率性能
图 7 添加最佳量氧化石墨烯的硅酸锰/氧化锰与活性炭组装器件后跟其他器件的对比
引用格式：
陈冬,王辉,王敏,等.氧化石墨烯调控粉煤灰基硅酸锰/氧化锰复合材料的电化学性能机制[J].洁净煤技术,2024,30(6):149-157.
CHEN Dong,WANG Hui,WANG Ming,et al.Mechanism of graphene oxide regulating the electrochemical properties of flyash-based manganese silicate/ manganese oxide composite[J].Clean Coal Technology,2024,30(6):149-157.
通讯作者
王辉，哈尔滨工业大学博士，上海交通大学博士后，普林斯顿大学C.K.Law教授课题组访问学者，教授，博士生导师。主要研究领域包括硅基材料超级电容器、多孔介质燃烧、有机溶剂储氢和储热等。
作者简介
陈冬，哈尔滨工业大学能源动力专业在读硕士研究生，主要从事粉煤灰高效清洁利用于超级电容器材料的基础研究。
王辉教授课题组是哈尔滨工业大学能源科学与工程学院碳中和能源技术研究所的一个长期致力于燃烧技术和碳中和技术开发的研究团队，多年来在流化床燃烧及富氧燃烧、飞灰沉积与烧结等领域开展了大量研究，在此基础上研究粉煤灰中SiO2制备超级电容器的性能提升技术、灰基材料的高值化利用技术，同时开展了多孔介质燃烧和催化燃烧、储氢储热等储能技术研发，目前以第一及共同作者在Chemical Engineering Journal、Electrochimica Acta、Applied Energy、Fuel、Energy&Fuels 等学术刊物上发表论文80余篇。主持或参与国家科技重大专项、国家重点研发专项、国家科技部支撑计划、国家863计划、国家自然科学基金面上、青年项目等14项；横向项目20余项。申请专利50余项，获省级一等奖2项、二等奖2项。
