本文選題：納米復(fù)合材料　切入點(diǎn)：石墨烯　出處：《吉林大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：超級(jí)電容器和鋰離子電池是目前有效且應(yīng)用廣泛的兩種能量存儲(chǔ)器件。然而隨著便攜式電子設(shè)備、電動(dòng)車等市場的快速發(fā)展,它們對(duì)功率和能量密度提出了更高的要求。碳材料依舊是如今商業(yè)超級(jí)電容器和鋰離子電池應(yīng)用的主要的電極材料,由于碳材料本身的限制(低的比電容、容量),其根本不能滿足未來市場對(duì)高能量和功率密度的要求。過渡金屬氧化物/氫氧化物電極材料可以通過在內(nèi)部和表面發(fā)生氧化還原反應(yīng)來存儲(chǔ)電荷,因此易于實(shí)現(xiàn)高的比能量/功率,在能量存儲(chǔ)器件中有著重要的應(yīng)用前景。但是,它們本身的低導(dǎo)電率和在充放電過程中發(fā)生嚴(yán)重的體積膨脹等缺點(diǎn)限制了其在高性能能量存儲(chǔ)器件中的應(yīng)用。通過將電極材料納米結(jié)構(gòu)化,并與具有高導(dǎo)電性、機(jī)械穩(wěn)定性的碳材料復(fù)合,設(shè)計(jì)制備納米復(fù)合材料是解決這些問題的行之有效的方案。本文基于這個(gè)出發(fā)點(diǎn),主要研究了以下幾方面內(nèi)容:1.采用乙二醇輔助的水熱法制備出超細(xì)單晶Co2(CO3)(OH)2納米線(直徑15 25 nm),采用改進(jìn)的Hummers法制備了氧化石墨烯(GO)片。二者可以在水中在不同pH值下呈現(xiàn)不同的的Zeta電位,后通過靜電吸附,將二者成功地復(fù)合到一起,再進(jìn)一步用高壓高溫水熱將GO還原成還原的氧化石墨烯(rGO),形成自組裝的rGO/Co2(CO3)(OH)2線/片互支撐孔隙復(fù)合結(jié)構(gòu)。在三電級(jí)體系下,分別測試了rGO/Co2(CO3)(OH)2和純Co2(CO3)(OH)2的贗電容性能,探究了引入rGO對(duì)性能的影響。后將rGO/Co2(CO3)(OH)2做正極和活性炭做負(fù)極組裝成非對(duì)稱電容器器件。器件呈現(xiàn)出高的能量和功率密度(在751 W kg-1的比功率下具有26.7 Wh kg-1的高比能量;在15362 W kg-1的高比功率下依然具有13.1 Wh kg-1的比能量)和長的循環(huán)壽命(循環(huán)10000次后,容量只損失5.4%)。2.將上一部分靜電自組裝的GO/Co2(CO3)(OH)2線/片互支撐孔隙復(fù)合結(jié)構(gòu)經(jīng)過一步熱處理轉(zhuǎn)變成具有特殊結(jié)構(gòu)的rGO/CoO線/片互支撐多孔復(fù)合材料。熱處理過程中,Co2(CO3)(OH)2納米線原位轉(zhuǎn)變成CoO,而GO片被原位還原。這個(gè)過程有效地增強(qiáng)了CoO納米線和rGO片的吸附力。所以,CoO納米線可以快速地將電子傳導(dǎo)到rGO上。同時(shí),rGO具有極好的導(dǎo)電性。因而整個(gè)電極的導(dǎo)電性得到極大的提高。CoO納米線和rGO的復(fù)合可以阻止兩種物質(zhì)自身的團(tuán)聚。另外,CoO納米顆粒之間的縫隙以及rGO片可以有效地緩沖充放電體積變化所產(chǎn)生的應(yīng)力。這一系列的協(xié)同作用使得rGO/CoO復(fù)合材料呈現(xiàn)出高電化學(xué)性能。以5 A g-1的電流密度充放電可以達(dá)到504 mA h g-1的比容量;以3 A g-1循環(huán)750圈,其可逆比容量依舊可以達(dá)到520 mA h g-1。3.采用簡單可伸縮的化學(xué)共沉淀法,成功地將一片高質(zhì)量的rGO片插入到兩片介孔NiCoO2納米片(~2 nm)間,形成超薄褶皺的NiCoO2/rGO/NiCoO2三明治結(jié)構(gòu)(~6 nm)。這些三明治自組裝到一起構(gòu)成多孔隙、高比表面積的層級(jí)多孔復(fù)合結(jié)構(gòu)。我們同時(shí)探究了NiCoO2的形成過程,發(fā)現(xiàn)過程中生成的HCHO能夠有效地還原氧化石墨烯。生成的高質(zhì)量的rGO賦予了這種復(fù)合結(jié)構(gòu)高的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性。在三電級(jí)測試下,以1 A g 1的電流密度充放電,其比電容可以達(dá)到784 F?g-1;用20 A g 1充放電循環(huán)2000圈,比電容依舊可以保持起始的87.6%。作為鋰離子電池的電極,以1.6 A g-1的電流密度充放電時(shí),其比容量為706 mA h g-1;用1 A g 1充放電循環(huán)350圈,比容量依舊可以保持595 mA h g-1。4.采用原位溶膠凝膠-碳熱還原相結(jié)合的方法,以NaCl晶體表面為模板,葡萄糖做碳源,制備了碳包覆超小Co3O4納米顆粒(平均粒徑為15.7 nm)均勻鑲嵌在一層大約20 nm厚的多孔碳片上的一種復(fù)合結(jié)構(gòu)(Co3O4@C@PGC納米片)。我們探究了NaCl在合成這種特殊結(jié)構(gòu)所起的作用以及Co3O4@C@PGC的鋰存儲(chǔ)機(jī)理。Co3O4@C@PGC納米片呈現(xiàn)出優(yōu)越的鋰存儲(chǔ)性能。在0.1 A g-1的電流密度充放電循環(huán)100圈后,其可逆比容量為1413 mA h g-1;以20 A g-1的電流密度充放電時(shí),其比容量可以達(dá)到345 mA h g-1。用5 A g-1電流密度充放電循環(huán)1000圈后,其可逆比容量依舊保持在760 mA h g-1。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TB33;O646

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 ;二硫化鉬的物理、化學(xué)性能及潤滑原理[J];電碳技術(shù);1977年Z1期

2 戴萃辰;脂肪族化合物的物理化學(xué)性能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)[J];自然雜志;1979年07期

3 何林生;;鈦白廢酸提鈧及鈧的應(yīng)用[J];杭州化工;1991年02期

4 張勇;霍慶媛;王力臻;張愛勤;宋延華;;LiFePO_4/MWNTs/BC復(fù)合材料的制備及電化學(xué)性能[J];熱加工工藝;2012年24期

5 杜霞;薛衛(wèi)東;劉帆;李昱樹;;n型硅/碳復(fù)合材料的制備及電化學(xué)性能研究[J];電子元件與材料;2013年01期

6 ;鈦及鈦鉬合金電化學(xué)性能的研究[J];上海有色金屬;1978年03期

7 龔茜，，譚攸庚;釕鈦錫氧化物陽極表面形態(tài)及電化學(xué)性能研究[J];氯堿工業(yè);1995年05期

8 鄧凌峰;陳洪;;2,5-二巰基-1,3,4-噻二唑的合成及電化學(xué)性能[J];材料導(dǎo)報(bào);2009年22期

9 Degussa;徐翔飛;;“白炭黑”的制備工藝及其物理—化學(xué)性能[J];橡膠譯叢;1981年03期

10 劉春蓮;;《材料化學(xué)性能》課的教學(xué)實(shí)踐[J];太原理工大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版);2002年S1期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 郄富昌;彭慶文;唐致遠(yuǎn);;鋰離子電池負(fù)極材料Li_2ZnTi_3O_8/C納米顆粒的制備及其電化學(xué)性能[A];第30屆全國化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2013年

2 李良超;郝仕油;林秋月;應(yīng)桃開;;納米氧化錳的制備及其電化學(xué)性能研究[A];第五屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集Ⅲ[C];2004年

3 劉志超;黨海軍;陳廣宇;張自祿;;氟化石墨的制備與電化學(xué)性能[A];第十三次全國電化學(xué)會(huì)議論文摘要集（上集）[C];2005年

4 張森;李志勇;;氟化處理對(duì)儲(chǔ)氫合金電化學(xué)性能的影響研究[A];第十三次全國電化學(xué)會(huì)議論文摘要集（下集）[C];2005年

5 季益剛;周益明;邵陽;戴躍華;俞燕青;王青;唐亞文;陸天虹;沈濤;;氫氧化鎳的低熱固相合成及其電化學(xué)性能[A];第十三次全國電化學(xué)會(huì)議論文摘要集（上集）[C];2005年

6 董怡辰;王振波;秦華;;炭包覆對(duì)動(dòng)力鋰離子電池正極材料電化學(xué)性能影響[A];第22屆炭—石墨材料學(xué)術(shù)會(huì)論文集[C];2010年

7 侯磊;吳茂;何新波;曲選輝;;碳含量對(duì)磷酸釩鋰電化學(xué)性能的影響[A];第30屆全國化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2013年

8 鄒紅麗;招睿雄;沈培康;;鎢摻雜LiFePO_4的合成和電化學(xué)性能研究[A];第二十八屆全國化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2009年

9 樊小勇;江宏宏;黃令;孫世剛;;電鍍錫作為鋰離子電池負(fù)極材料的電化學(xué)性能研究[A];第十三次全國電化學(xué)會(huì)議論文摘要集（上集）[C];2005年

10 王婷;曹中秋;邊靜;;鎂鋁儲(chǔ)氫電極合金的制備及電化學(xué)性能研究[A];第十三次全國電化學(xué)會(huì)議論文摘要集（下集）[C];2005年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前1條

1 ;鋅的性質(zhì)與用途[N];期貨日報(bào);2007年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 盧桂霞;過渡金屬氧化物鋰離子電池負(fù)極材料的制備及其電化學(xué)性能研究[D];山東大學(xué);2015年

2 胡梅娟;金屬氧化物基鋰/鈉離子電池負(fù)極材料制備與電化學(xué)性能研究[D];浙江大學(xué);2014年

3 劉芳延;基于綜纖維素制備炭基復(fù)合材料及其電化學(xué)性能研究[D];東北林業(yè)大學(xué);2015年

4 江小劍;基于脫合金法的錳基微納結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑及其電化學(xué)性能研究[D];山東大學(xué);2015年

5 王聰;鋰離子電池電極材料Li_3V_2(PO_4)_3的制備及其電化學(xué)性能改性研究[D];北京化工大學(xué);2015年

6 莫潤偉;高性能鋰離子電池正極材料LiV_3O_8的制備及其電化學(xué)性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

7 歷彪;鈦的含氟氧化物及其鋰化產(chǎn)物納米粒子的合成、表征與電化學(xué)性能研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2015年

8 張春艷;復(fù)雜結(jié)構(gòu)過渡金屬氧化物及其復(fù)合物鋰離子電池負(fù)極材料的制備及電化學(xué)性能[D];安徽大學(xué);2016年

9 陶石;基于聚陰離子型鋰/鈉離子電池正極材料的結(jié)構(gòu)調(diào)制及電化學(xué)性能研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2016年

10 司露露;碳復(fù)合鉬基、釩基電極材料的制備及其電化學(xué)性能研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2016年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 栗志同;釩基材料的合成、表征及其電化學(xué)性能研究[D];華南理工大學(xué);2015年

2 王莎;多巴胺炭球及MOFs@硫復(fù)合材料的制備及其Li-S電池電化學(xué)性能研究[D];華南理工大學(xué);2015年

3 燕平;氫驅(qū)動(dòng)化學(xué)反應(yīng)法制備Li_xal_ySi_z鋰離子電池負(fù)極材料及其電化學(xué)性能[D];浙江大學(xué);2015年

4 杜志玲;摻氮多孔碳的制備及其電化學(xué)性能研究[D];燕山大學(xué);2015年

5 宋巧蘭;新型離子液體的制備及其電化學(xué)性能研究[D];陜西科技大學(xué);2015年

6 黃文靜;新型導(dǎo)電聚合物-石墨烯電極材料的制備及電化學(xué)性能研究[D];南京理工大學(xué);2015年

7 康怡然;納米二氧化錳/碳材料復(fù)合電極材料的制備及其電化學(xué)性能的研究[D];鄭州大學(xué);2015年

8 張亦弛;低維氧化鉬納米材料微觀結(jié)構(gòu)及其電化學(xué)性能研究[D];南京理工大學(xué);2015年

9 李濤;Fe-Mn-Ti-C鋰離子電池負(fù)極材料的制備及其電化學(xué)性能研究[D];山東大學(xué);2015年

10 申亞舉;水系鋰離子電池負(fù)極材料LiTi_2(P0_4)_3的制備及性能研究[D];沈陽理工大學(xué);2015年

本文編號(hào)：1572098