【摘要】：金屬化合物因其特殊的結(jié)構(gòu)和廣泛的來(lái)源,已經(jīng)成為當(dāng)下研究電極材料有力的候選者。本文研究了兩個(gè)突出的金屬化合物:二硫化鉬和二氧化錳。基本試驗(yàn)方法是將二硫化鉬、二氧化錳與生物碳、石墨烯、聚吡咯進(jìn)行復(fù)合,制備出不同性能的功能電極材料。再改變復(fù)合物某一組分的量進(jìn)一步研究組份的改變對(duì)電極材料的影響。研究?jī)?nèi)容主要分為以下三個(gè)方面:(1)制備了MoS_2/C粉末狀電極材料。將生物質(zhì)材料摻氮后用管式爐在高溫下去雜處理,第二步在用水熱法與MoS_2前驅(qū)物進(jìn)行復(fù)合,得到二元復(fù)合物MoS_2/C。由于MoS_2具有類似石墨烯的二維結(jié)構(gòu),使得MoS_2成為了石墨烯有效的替代物。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:生物質(zhì)材料大大提高了MoS_2的電化學(xué)性能和電化學(xué)穩(wěn)定性。同時(shí)在兩種不同性質(zhì)的電解質(zhì)溶液(1M H_2SO_4和6M KOH)進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試,結(jié)果發(fā)現(xiàn)MoS_2/C電極材料在前者條件下的各項(xiàng)性能均優(yōu)于在后者的性能。(2)水熱法制備了三維結(jié)構(gòu)復(fù)合凝膠MoS_2/PPy(polypyrrole,PPy)/rGO(Reduced graphene oxide,rGO)。先制備出MoS_2/PPy二元復(fù)合物,再將MoS_2/PPy和GO通過(guò)水熱法得到三維結(jié)構(gòu)凝膠。對(duì)MoS_2/PPy/rGO進(jìn)行了壓力測(cè)試和電化學(xué)性能測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,三元復(fù)合凝膠的成型效果要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于純r(jià)GO凝膠成型效果,而且三元復(fù)合凝膠質(zhì)量密度為0.03g/cm~3,滿足了凝膠質(zhì)輕體積小的要求。同時(shí)電化學(xué)性能也十分突出:MoS_2/PPy/rGO復(fù)合凝膠在0.2V/s的掃描速率下比電容可以達(dá)到264F/g。(3)研究了二氧化錳與石墨烯共同負(fù)載在三聚氰胺海綿上做柔性電極材料。三聚氰胺海綿具有良好的壓縮性,但并不具有導(dǎo)電性,內(nèi)阻極大。將石墨烯和二氧化錳與之復(fù)合后賦予了三聚氰胺海綿電化學(xué)性能,得到了我們想要的電極材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,二氧化錳-石墨烯-三聚氰胺海綿壓縮性能優(yōu)異,能在受壓之后短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)形變,二氧化錳-石墨烯-三聚氰胺海綿的比電容值到達(dá)了也使用要求:在掃描速率為0.01V/s時(shí),起始狀態(tài)的比電容為140 F/g,壓縮率50%時(shí)比電容為142 F/g。表明二氧化錳和石墨烯在三聚氰胺海綿上可以發(fā)揮出它的優(yōu)異的電容性能。且前后兩種狀態(tài)的比電容基本一致,滿足柔性超級(jí)電容器的性能。
【圖文】：

圖 1-1 各種電化學(xué)能源的 Ragone 圖對(duì)比2.1 超級(jí)電容器的原理容器的發(fā)展迅速。從 18 世紀(jì)的萊頓瓶到亞歷山德羅·伏特創(chuàng)造的伏打電堆，再到現(xiàn)在的各種電化學(xué)電容器，從無(wú)到精，只用了短短兩百年的時(shí)間。簡(jiǎn)而言之，電容器是一個(gè)電場(chǎng)儲(chǔ)能而不是用化學(xué)形式儲(chǔ)能的元器件。電容器由兩個(gè)極板和電介質(zhì)構(gòu)成。充電時(shí)，電容器在兩個(gè)電極板之間施勢(shì)差，這個(gè)電勢(shì)差所具有的能量可以使正負(fù)電荷向極性相板移動(dòng)，此時(shí)的電容器看成是一個(gè)連接在電路中的電壓源放電的可行性。由公式可知C =QV

1雙電層 2電解液 3電極 4 負(fù)載圖 1-3 雙電層電容器的構(gòu)造及工作原理雙電層電容器的構(gòu)造分為電極材料、集流體、電解液和隔膜材料。電極浸泡在電解液中間，兩個(gè)電極接觸會(huì)發(fā)生短路現(xiàn)象，故而在中間插入隔膜以隔絕兩個(gè)電極。對(duì)電容器進(jìn)行充電時(shí)，本來(lái)是均勻分散在電解液里面的電負(fù)離子會(huì)在外加電的作用下運(yùn)動(dòng)，，形成正電極板負(fù)載負(fù)電子，負(fù)電極板負(fù)載正電子的平衡態(tài)，每個(gè)電極-電解液界面代表一個(gè)電容器，所以可以將整個(gè)系統(tǒng)看做是兩個(gè)電容器串聯(lián)，稱之為雙電層電容器。當(dāng)電容器是對(duì)稱性電容器時(shí)，可以知道：1C=1C++1C 公式（1-3）
【學(xué)位授予單位】：武漢工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM53;TB33

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本文編號(hào)：2626470