本文關鍵詞：基于石墨烯的超級電容器復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》 2015年

基于石墨烯的超級電容器復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,在各領域均有著廣闊的應用空間和發(fā)展前景。有關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,采用不同的制備方法,制得多種石墨烯基二元復合材料和三元復合材料,并運用多種表征方法和測試手段對所得復合材料的結(jié)構(gòu)特征和微觀形貌進行了分析,同時對復合材料的循環(huán)伏安行為、充放電特征、倍率性能、電化學阻抗譜及循環(huán)穩(wěn)定性等電化學性能進行了研究。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,形貌的不同導致了所得復合物電化學性能的差異。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,使得復合物的電化學性能得到改善。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。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。探討了不同反應比例和熱處理溫度對復合物組成、形貌以及電化學性能方面的影響。進一步分析了石墨烯在復合物中的存在對于電化學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/石墨烯三元復合物,比容量可達2609 F·g-1,分析認為,復合物中各組分充分發(fā)揮了自身的優(yōu)點和作用,進而促進了復合物電化學性能的改善。所得Ni(OH)2/CNTs/石墨烯三元復合物的比容量高達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。PANI/Mn O2/石墨烯三元復合物比PANI/Mn O2二元復合物和純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)。

【關鍵詞】：
【學位授予單位】：燕山大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TB33;TM53
【目錄】：

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本文編號：127020