本文關(guān)鍵詞：石墨烯—鈷基復(fù)合材料的制備及其超級電容器性能研究

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【摘要】：超級電容器具有功率密度高、充放電速度快和使用壽命長等優(yōu)點(diǎn),在能源存儲器件的應(yīng)用中引起了強(qiáng)烈的關(guān)注。根據(jù)其不同的能量儲存機(jī)制,超級電容器可以分為雙電層電容器和贗電容器。雙電層電容器材料一般以碳材料為主,其具有高的功率密度,但是電容量往往比較低。石墨烯作為一種碳材料,具有原子厚度的二維結(jié)構(gòu),比表面積較高,導(dǎo)電性、熱穩(wěn)定性很好,高機(jī)械性能和光學(xué)性能優(yōu)異,并且可以大量制備且造價(jià)低廉,很多研究集中于其在超級電容器的應(yīng)用當(dāng)中。但是,由于石墨烯在應(yīng)用中很容易堆疊和團(tuán)聚,限制了其實(shí)際應(yīng)用。將導(dǎo)電聚合物、過渡金屬氧／氫氧化物等贗電容材料與石墨烯結(jié)合能有效克服這一問題,一方面抑制了石墨烯的團(tuán)聚,同時(shí)也能提高材料的整體電化學(xué)性能。在過渡金屬氧／氫氧化物中,Co(OH)2/Co3O4都具有成本低、穩(wěn)定性好、電活性好、理論比電容量高以及環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是很有前途的超級電容器電極材料。在本論文中,以GO為基質(zhì),制備出石墨烯-鈷基復(fù)合材料,并測試其超級電容器性能。具體研究結(jié)果如下：1.花狀Co(OH)2/石墨烯(GFC)復(fù)合材料通過一步水熱法制備得到。Co(OH)2的形貌具有從花瓣?duì)畹交ㄇ驙畹淖兓^程。當(dāng)GFC用作超級電容器電極材料,其在1A g-1電流密度下的放電比容量高達(dá)480 F g-1,且循環(huán)1000圈容量保持率高達(dá)93.5%。2.我們同樣通過一步水熱法制備了葉片簇狀Co(OH)2/石墨烯(GLC)復(fù)合材料。Co(OH)2的形貌具有從花狀到葉片簇狀的變化過程。當(dāng)GLC用作超級電容器電極材料,其在1 A g-1電流密度下的比容量高達(dá)577 F g-1,且循環(huán)2000圈容量保持率仍有93.9%。3.通過原位聚合法制備GO/PANI,再將其和GO/Co(Ac)2·4H2O雜化溶膠水熱,首次得到了3D三元石墨烯/PANI/CO3O4(GPC)復(fù)合材料。3D GPC具有卓越的電化學(xué)性能,其在1 A g-1電流密度下比容量達(dá)1 247 F g-1,而在20 A g-1下比容量仍然有755 F g-1。更顯著的是,復(fù)合材料具有杰出的循環(huán)性能,其在3500次循環(huán)過程沒有容量衰減。這種優(yōu)異的性能歸結(jié)十PANI、Co3O4本身高的理論比容量,還有均勻分布PANI/Co3O4納米顆粒與石墨烯氣凝膠之間的協(xié)同作用。
【關(guān)鍵詞】：石墨烯 花狀氫氧化鈷 葉片簇狀氫氧化鈷 四氧化三鈷 超級電容器電極材料
【學(xué)位授予單位】：上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB332;TM53
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 前言10-23
• 1.1 超級電容器10-14
• 1.1.1 超級電容器的簡介10-11
• 1.1.2 超級電容器的結(jié)構(gòu)11
• 1.1.3 超級電容器的分類11-12
• 1.1.4 超級電容器電極材料12-13
• 1.1.5 超級電容器的特點(diǎn)13-14
• 1.2 石墨烯材料概述14-20
• 1.2.1 石墨烯的結(jié)構(gòu)和性能14-15
• 1.2.2 石墨烯的制備方法15-16
• 1.2.3 石墨烯及其復(fù)合材料在超級電容器中的研究進(jìn)展16-20
• 1.3 Co(OH)_2及Co_3O_4在超級電容器中的應(yīng)用研究20-21
• 1.4 論文的研究意義、內(nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)21-23
• 第2章 實(shí)驗(yàn)藥品和儀器及材料表征方法23-27
• 2.1 實(shí)驗(yàn)藥品23
• 2.2 實(shí)驗(yàn)儀器23-24
• 2.3 材料的結(jié)構(gòu)形貌表征24-25
• 2.4 材料的電化學(xué)測試25-27
• 2.4.1 工作電極的制備25
• 2.4.2 工作電極的電化學(xué)性能測試25-27
• 第3章 花狀氫氧化鈷/石墨烯復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能研究27-41
• 3.1 引言27
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分27-29
• 3.2.1 氧化石墨烯的制備27-28
• 3.2.2 花狀氫氧化鈷/石墨烯復(fù)合材料的制備28-29
• 3.3 結(jié)果與討論29-40
• 3.3.1 GO的形貌和結(jié)構(gòu)表征29-30
• 3.3.2 GFC復(fù)合材料的形貌和結(jié)構(gòu)表征30-37
• 3.3.3 GFC復(fù)合材料的電化學(xué)性能測試37-40
• 3.4 本章小結(jié)40-41
• 第4章 葉片簇狀氫氧化鉆/石墨烯復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能研究41-54
• 4.1 引言41
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分41-42
• 4.3 結(jié)果與討論42-53
• 4.3.1 GLC復(fù)合材料的形貌和結(jié)構(gòu)表征42-50
• 4.3.2 GLC復(fù)合材料的電化學(xué)性能測試50-53
• 4.4 本章小結(jié)53-54
• 第5章 三維石墨烯/聚苯胺/四氧化三鈷復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能研究54-68
• 5.1 引言54
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分54-56
• 5.2.1 氧化石墨烯/聚苯胺的合成及其水熱處理54
• 5.2.2 三維石墨烯/聚苯胺/四氧化三鈷氣凝膠的制備54-56
• 5.3 結(jié)果與討論56-66
• 5.3.1 三維GPC復(fù)合材料的形貌和結(jié)構(gòu)表征56-62
• 5.3.2 三維GPC復(fù)合材料的電化學(xué)性能測試62-66
• 5.4 本章小結(jié)66-68
• 第6章 結(jié)論與展望68-69
• 6.1 結(jié)論68
• 6.2 展望68-69
• 參考文獻(xiàn)69-78
• 致謝78-79
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文79

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本文編號：1060628