本文關鍵詞：柔性石墨烯基復合薄膜的制備與電容性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：柔性超級電容功率密度大、循環(huán)壽命遠大于二次電池，在柔性器件等領域具有廣泛應用前景。但是，如何進一步提高柔性電極材料的倍率性能和比容是目前研究的熱點。本文首先制備出石墨烯/炭黑(RGO/CB)復合薄膜，研究炭黑含量對石墨烯基復合薄膜的組織結構與電化學性能的影響；進而在石墨烯/炭黑復合薄膜表面通過恒流電沉積制備氧化錳薄膜，研究電沉積時間對氧化錳薄膜的組織形貌與電化學性能的影響，以此為基礎制備并評價非對稱器件的性能。 研究結果表明：氧化石墨烯/炭黑復合薄膜中炭黑的相對含量影響比容量與倍率性能。當氧化石墨烯/炭黑質量比為5:1.5時(RGO/CB-1.5)復合薄膜的比容量為83F/g，石墨烯薄膜的倍率性能和循環(huán)壽命顯著提高。 石墨烯/炭黑復合薄膜在0.5M硫酸鈉與1M硫酸電解液中呈現(xiàn)出不同的變化規(guī)律，RGO/CB-0.5在0.5M的硫酸鈉電解液中性能最優(yōu)異。石墨烯/炭黑復合薄膜在兩種電解液中的不同性能取決于電解液與石墨烯/炭黑復合薄膜中孔洞的配合。石墨烯/炭黑復合薄膜中炭黑含量越高，片層之間的接觸電阻越小，，形成的孔洞也越小。硫酸中的水和氫離子半徑小于硫酸鈉中的水和鈉離子半徑，因此氫離子可以在更小的孔洞中運動。因此，在硫酸當中，當炭黑含量為1.5mg時性能最佳，而在硫酸鈉中炭黑含量為0.5mg時性能最佳。 石墨烯/炭黑復合薄膜的炭黑含量越高，經烘箱干燥之后的體積收縮越明顯，炭黑阻塞石墨烯片層之間的孔洞也越明顯。干燥后的石墨烯/炭黑復合薄膜中炭黑對倍率性能提高不明顯，反而降低了比容量。 以0.1M醋酸錳為電解液，在石墨烯/炭黑復合薄膜表面通過恒流電沉積制備石墨烯/炭黑/氧化錳三元復合薄膜。電沉積10min時石墨烯/炭黑/氧化錳三元復合薄膜在三電極體系中，以0.5M的硫酸鈉為電解液，掃描速率為5mV/s時比容達到108F/g，但電沉積15min后，比容下降到102F/g，電沉積時間越長，倍率性能越差。 兩電極體系中，電沉積10min的三元復合薄膜在5mV/s掃描速率下比容達到141F/g，顯著高于未電沉積的石墨烯/炭黑復合薄膜(67F/g)。此外，在500mV/s的掃描速率內，電沉積10min的三元復合薄膜的比容均高于石墨烯/炭黑二元復合薄膜。 以石墨烯/炭黑/氧化錳三元復合薄膜為正極材料，以石墨烯/炭黑二元復合薄膜為負極材料制備復合薄膜非對稱超級電容，使其工作電位區(qū)間提高到1.6V。在1.6V的工作電壓下，能量密度提高到5.98Wh/kg，功率密度達到1183W/kg。將兩個超級電容器并聯(lián)組裝后，點亮了額定電壓為3.2V的LED燈泡。
【關鍵詞】：石墨烯 炭黑 復合薄膜 超級電容 氧化錳 倍率性能
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：O613.71;TB383.2
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-27
• 1.1 課題研究背景11-12
• 1.2 超級電容簡介12-14
• 1.3 石墨烯簡介14-15
• 1.4 超級電容器電極材料分類15-21
• 1.4.1 碳材料15-18
• 1.4.1.1 石墨15-16
• 1.4.1.2 炭氣凝膠16
• 1.4.1.3 碳納米管16-17
• 1.4.1.4 石墨烯17-18
• 1.4.2 過渡金屬氧化物電極材料18-21
• 1.4.2.1 氧化釕18-19
• 1.4.2.2 氧化錳19-20
• 1.4.2.3 氧化鎳20
• 1.4.2.4 其他氧化物20-21
• 1.4.3 導電聚合物電極材料21
• 1.4.4 復合電極材料21
• 1.5 柔性超級電容電極材料的研究進展21-25
• 1.5.1 絕緣支撐體柔性電極材料21-22
• 1.5.2 碳纖維基柔性電極材料22
• 1.5.3 石墨烯基柔性電極材料22-25
• 1.6 課題研究內容25-27
• 第2章 試驗材料及方法27-33
• 2.1 試驗材料及試劑27-28
• 2.2 物理化學表征方法28-29
• 2.2.1 X 射線衍射物相分析(XRD)28
• 2.2.2 X 射線光電子譜儀(XPS)28
• 2.2.3 掃描電子顯微鏡(SEM)28-29
• 2.2.4 拉曼光譜29
• 2.3 電化學表征方法29-33
• 2.3.1 超級電容器的組裝29-30
• 2.3.2 循環(huán)伏安測試(CV)30-31
• 2.3.3 恒流充放電測試31
• 2.3.4 電化學阻抗譜(EIS)31-33
• 第3章 柔性石墨烯/炭黑復合薄膜超級電容電極材料33-61
• 3.1 引言33
• 3.2 柔性石墨烯薄膜的制備33-38
• 3.2.1 不同還原時間的石墨烯薄膜制備33
• 3.2.2 不同還原時間石墨烯薄膜的性能表征33-38
• 3.3 石墨烯/炭黑復合薄膜的制備與性能38-54
• 3.3.1 炭黑的分散38-39
• 3.3.2 制備石墨烯/炭黑復合薄膜39-40
• 3.3.3 石墨烯、石墨烯/炭黑復合薄膜的截面形貌分析40-43
• 3.3.4 復合薄膜的電化學性能43-49
• 3.3.5 復合薄膜在硫酸鈉電解液中的性能49-54
• 3.4 干燥對復合薄膜的性能影響54-59
• 3.4.1 干燥后的石墨烯/炭黑復合薄膜的形貌變化54-56
• 3.4.2 干燥石墨烯薄膜和石墨烯水凝膠薄膜的拉曼光譜分析56
• 3.4.3 干燥的復合薄膜的電化學性能56-59
• 3.5 本章小結59-61
• 第4章 石墨烯/炭黑/氧化錳超級電容電極材料61-75
• 4.1 引言61
• 4.2 石墨烯/炭黑/氧化錳復合薄膜的制備61
• 4.3 氧化錳薄膜的組織結構分析61-65
• 4.4 三元復合薄膜的電化學性能65-71
• 4.4.1 三元復合薄膜三電極體系性能65-68
• 4.4.2 三元復合薄膜兩電極體系性能68-71
• 4.5 復合薄膜非對稱超級電容器71-73
• 4.5.1 復合薄膜非對稱超級電容器的結構71
• 4.5.2 復合薄膜非對稱超級電容器的電化學性能71-73
• 4.6 本章小結73-75
• 結論75-76
• 參考文獻76-81
• 攻讀學位期間發(fā)表的論文81-83
• 致謝83

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