本文關(guān)鍵詞：基于石墨烯的超級電容器復(fù)合電極材料的制備及性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《燕山大學(xué)》 2015年

基于石墨烯的超級電容器復(fù)合電極材料的制備及性能研究

劉亭亭  

【摘要】：超級電容器作為一種高效、環(huán)保、新型的儲能元件,在各領(lǐng)域均有著廣闊的應(yīng)用空間和發(fā)展前景。有關(guān)超級電容器電極材料的制備及性能研究一直是超級電容器領(lǐng)域的研究熱點。鑒于石墨烯的優(yōu)良特性,其與贗電容材料的復(fù)合物研究對于推動超級電容器電極材料的發(fā)展具有積極的作用。本研究采用改進的Hummers法制備氧化石墨,再采用微波處理制得石墨烯。以石墨烯為基礎(chǔ),采用不同的制備方法,制得多種石墨烯基二元復(fù)合材料和三元復(fù)合材料,并運用多種表征方法和測試手段對所得復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)特征和微觀形貌進行了分析,同時對復(fù)合材料的循環(huán)伏安行為、充放電特征、倍率性能、電化學(xué)阻抗譜及循環(huán)穩(wěn)定性等電化學(xué)性能進行了研究。微波法制備的石墨烯在KOH電解液中,0.5 A·g-1電流密度下的比容量為133.6 F·g-1,循環(huán)穩(wěn)定性和可逆性較好。采用超重力場下脈沖電沉積的方法制備了石墨烯-Mn O2復(fù)合物,比容量達595.7 F·g-1,1000次循環(huán)后沒有衰減。論證了超重力場在復(fù)合材料制備中的重要作用,指出超重力場可有效的促進傳質(zhì)過程,減小電沉積過程中的濃差極化。通過調(diào)節(jié)裝置轉(zhuǎn)速可以控制超重力場的強度,隨超重力場強度不同,Mn O2形貌發(fā)生轉(zhuǎn)變,形貌的不同導(dǎo)致了所得復(fù)合物電化學(xué)性能的差異。結(jié)果表明,石墨烯和Mn O2充分發(fā)揮了過渡金屬氧化物和碳材料的協(xié)同效應(yīng),使得復(fù)合物的電化學(xué)性能得到改善。采用水熱法,在石墨烯存在條件下,選用抗壞血酸、檸檬酸、葡萄糖幾種綠色還原劑與KMn O4在相對較低的溫度下發(fā)生反應(yīng)。不同還原劑得到了不同種類的二價、三價錳系化合物與石墨烯的復(fù)合材料,Mn C2O4/石墨烯、Mn CO3/石墨烯、Mn OOH/石墨烯、Mn O/石墨烯等。探討了不同反應(yīng)比例和熱處理溫度對復(fù)合物組成、形貌以及電化學(xué)性能方面的影響。進一步分析了石墨烯在復(fù)合物中的存在對于電化學(xué)性能改善方面的積極作用,主要源于石墨烯作為基體材料具有優(yōu)良的導(dǎo)電性,同時,石墨烯的存在可以穩(wěn)定材料的微觀結(jié)構(gòu)。通過電沉積的方法,制備了不同種類的石墨烯基三元復(fù)合材料:Ni(OH)2/Ni/石墨烯,Ni(OH)2/CNTs/石墨烯及PANI/Mn O2/石墨烯。Ni(OH)2/Ni/石墨烯三元復(fù)合物,比容量可達2609 F·g-1,分析認為,復(fù)合物中各組分充分發(fā)揮了自身的優(yōu)點和作用,進而促進了復(fù)合物電化學(xué)性能的改善。所得Ni(OH)2/CNTs/石墨烯三元復(fù)合物的比容量高達2868.5 F·g-1,通過對形貌和機制的研究,指出了其優(yōu)良的超電容性能與復(fù)合物中CNTs、石墨烯及Ni(OH)2所形成的特殊三維結(jié)構(gòu)有關(guān)。PANI/Mn O2/石墨烯三元復(fù)合物比PANI/Mn O2二元復(fù)合物和純PANI具有更出色的超電容性能,文中分析了其原因:石墨烯作為基體,其上均勻分布棒狀結(jié)構(gòu)的PANI,Mn O2納米粒子均勻分布于PANI納米棒上,形成了一種分級的特殊結(jié)構(gòu)。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB33;TM53
【目錄】：

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