本文選題：超級(jí)電容器 + 石墨烯氣凝膠��； 參考：《深圳大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：電化學(xué)電容器,也稱為超級(jí)電容器,利用離子吸附存儲(chǔ)能量(電化學(xué)雙層電容器)或快速表面氧化還原反應(yīng)(贗電容器)來進(jìn)行能量的儲(chǔ)存。他們可以補(bǔ)充或替代電能存儲(chǔ)和釋放應(yīng)用中需要高功率輸送的電池。目前超級(jí)電容器已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了性能的顯著改進(jìn),并逐漸應(yīng)用于從便攜式電子用品到混合動(dòng)力車輛和大型工業(yè)設(shè)備等諸多領(lǐng)域。電極材料是影響超級(jí)電容器性能的關(guān)鍵因素,因此對(duì)于最前沿的電能存儲(chǔ)系統(tǒng),我們?nèi)孕枰兄聘咝阅艿碾姌O材料,使超電容設(shè)備在未來能滿足更高的要求。本論文研究了石墨烯氣凝膠及其復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能,包括對(duì)石墨烯氣凝膠的活化研究和石墨烯氣凝膠與氧化鎳(NiO)或聚苯胺(PANI)的復(fù)合來探索制備高性能的超電容電極材料。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:(1)分別采用尿素和L-抗壞血酸兩種還原劑,通過水熱法和冷凍干燥處理制備了石墨烯氣凝膠(GA),對(duì)材料進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征和性能測(cè)試。發(fā)現(xiàn)兩種電極材料均以雙電層形式進(jìn)行能量?jī)?chǔ)存。SEM圖顯示經(jīng)過L-抗壞血酸還原制備的石墨烯氣凝膠(GA-1)傾向于形成大孔的結(jié)構(gòu),而經(jīng)過尿素還原制備的石墨烯氣凝膠(GA-2),孔隙結(jié)構(gòu)更為發(fā)達(dá),活性位點(diǎn)更多,且恒流充放電曲線更為對(duì)稱,在活性物質(zhì)質(zhì)量相等的條件下,GA-2的充放電時(shí)間更長(zhǎng)。當(dāng)電流密度為1 A/g時(shí),計(jì)算得GA-1和GA-2的比容量分別為:134.3 F/g和162.5 F/g。(2)采用研磨活化的方法對(duì)石墨烯氣凝膠進(jìn)行了活化處理,探索了不同比例的Ca(OH)_2與石墨烯氣凝膠研磨活化條件研究�；罨Y(jié)果表明:Ca(OH)_2研磨活化保留了原始石墨烯氣凝膠的宏觀形態(tài)。當(dāng)碳?jí)A比為mGA:mCa(OH)_2=1:4時(shí),G-GA4顯示出近乎完美的蜂巢狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),且G-GA4的孔隙發(fā)達(dá),分布均勻。G-GA4的比表面積為642 m2/g,相比未活化的石墨烯氣凝膠比表面積(380 m2/g)有明顯提高。在1 A/g的電流密度下,G-GA4的比容量為385.2 F/g,活化的GA表現(xiàn)出相對(duì)于原始GA明顯改進(jìn)的電容性能,且充放電1000次后,G-GA4的比容量為380.6 F/g,保持率為98.8%。(3)通過一步水熱法合成了NiO/GA納米復(fù)合材料,分析了材料的形態(tài)、結(jié)構(gòu)及電化學(xué)電容性能。TEM圖顯示,NiO/GA復(fù)合材料形成一種 芝麻餅‖狀結(jié)構(gòu),可以清晰看到NiO納米顆粒沉積在石墨烯氣凝膠的表面上并且均勻分布。這種結(jié)構(gòu)有利于發(fā)揮石墨烯氣凝膠與過渡金屬氧化物的復(fù)合電容效應(yīng),電化學(xué)性能測(cè)試表明:復(fù)合材料電阻更小,工作電位更寬,在電流密度1 A/g的條件下,NiO/GA復(fù)合材料的比容量為587.3 F/g。經(jīng)過1000次循環(huán)測(cè)試后,材料的比容量變?yōu)?78.5 F/g,只有極小的衰減,具有較高的電容保持率(98.5%)。(4)分別通過兩種不同的反應(yīng)過程合成了聚苯胺/石墨烯氣凝膠復(fù)合材料。P-GA1合成路線是先制備石墨烯氣凝膠再直接合成PANI/GA,P-GA2合成路線是先合成聚苯胺并加入到氧化石墨烯中還原得到PANI/GA。對(duì)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)、形貌和性能進(jìn)行了表征。從掃描電鏡測(cè)試結(jié)果看,聚苯胺的加入并沒有改變石墨烯氣凝膠的網(wǎng)狀多孔結(jié)構(gòu),且第一種方法制備的P-GA1復(fù)合材料孔分布均勻,孔徑合適,這種結(jié)構(gòu)促進(jìn)了電解質(zhì)滲透到材料內(nèi)部以獲得高電容。從電化學(xué)性能測(cè)試發(fā)現(xiàn),P-GA1和P-GA2復(fù)合材料均以贗電容方式儲(chǔ)能,P-GA1和P-GA2的比電容分別為572.1 F/g和346.6 F/g。循環(huán)測(cè)試表明,經(jīng)過1000充放電后,P-GA1的保持率為97.3%,而P-GA2保持率僅為86.6%。
[Abstract]:The preparation and electrochemical properties of graphene aerogel ( GA - 1 ) and graphene aerogel ( GA - 2 ) were studied by hydrothermal method and freeze - drying treatment . The results showed that the specific surface area of G - GA4 was 642 m2 / g , and the specific surface area of G - GA4 was 64m2 / g . (3)閫氳繃涓，

本文編號(hào)：1988003