本文選題：超級電容器　切入點：比電容　出處：《西北師范大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：超級電容器作為一種新興的能量存儲元件,具有功率密度大,使用壽命長以及環(huán)保等優(yōu)點。但是,相比于鋰離子電池,相對較低的能量密度又是制約其大規(guī)模應(yīng)用的主要原因。因此,目前超級電容器研究的重點是尋找具有高性能的電極材料。石墨烯作為一種新型的碳材料,由于具有大的比表面積、高的理論比電容等特點而被廣泛應(yīng)用于超級電容器。然而,由于石墨烯層與層之間強(qiáng)烈的范德華力又常常會使其發(fā)生團(tuán)聚或堆垛。因此,對石墨烯進(jìn)行修飾以及石墨烯基復(fù)合材料的設(shè)計和合成都是拓寬石墨烯應(yīng)用范圍的有效途徑。本論文研究將有機(jī)小分子引入到還原氧化石墨烯表面,利用非共價鍵功能化對石墨烯進(jìn)行了修飾;以石墨烯作為導(dǎo)電基質(zhì)與硫化鉍復(fù)合,制備了硫化鉍/還原氧化石墨烯(Bi_2S_3/RGO)復(fù)合材料。此外,通過簡單的回流法制備了二元金屬氧化物鈷酸錳MnCo_2O_4納米花。采用常規(guī)的分析手段對材料的形貌、組成和晶型結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征,并對其電化學(xué)性能進(jìn)行了詳細(xì)研究。主要內(nèi)容概括如下:1.利用水溶性甲基綠(Methyl green,MG)對還原氧化石墨烯(Reduced graphene oxide,RGO)進(jìn)行非共價鍵修飾以期提高石墨烯的超電容性能。甲基綠通過快速的氧化還原反應(yīng)貢獻(xiàn)額外的電化學(xué)電容,使還原氧化石墨烯的比電容有了明顯的增加。實驗結(jié)果顯示,在電位窗口為-0.25-0.75 V,電流密度為1 A g~(-1)時,甲基綠/還原氧化石墨烯(MG-RGO)復(fù)合材料在MG與RGO的質(zhì)量比為MG:RGO=5:4時,其比電容達(dá)到最大值,為341 F g~(-1)。此外,MG-RGO復(fù)合材料還顯示出了優(yōu)異的倍容率特性(電流密度增加到20 A g~(-1)時,其比電容仍能保持初始值的72%)以及長的循環(huán)壽命(5000次循環(huán)后電容僅衰減12%)。復(fù)合材料優(yōu)異的電化學(xué)性能主要是因為甲基綠和還原氧化石墨烯間的正協(xié)同作用,這說明通過有機(jī)小分子對石墨烯進(jìn)行修飾是一種制備高性能電極材料的可取方法。2.通過回流法以及后續(xù)熱處理合成了鈷酸錳納米花超級電容器電極材料。采用場發(fā)射掃描電鏡(FE-SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、X射線衍射(XRD)和傅里葉變換紅外(FT-IR)光譜等表征手段對所制備樣品的形貌和結(jié)構(gòu)行了分析;并利用循環(huán)伏安,恒電流充放電技術(shù)測試了其電化學(xué)性能。測試結(jié)果顯示,尋求最佳的回流條件是獲得高性能電極材料的關(guān)鍵,當(dāng)乙醇與水的體積比為1:1時,制備的MnCo_2O_4單電極比電容可達(dá)到314 F g~(-1)。此外,該材料還表現(xiàn)出了較好的循環(huán)穩(wěn)定性,經(jīng)2000次循環(huán)后,其比電容仍能保持初始值的90.4%。3.通過水熱法制備了Bi_2S_3/RGO復(fù)合材料,并通過循環(huán)伏安、恒電流充放電技術(shù)對其超電容行為進(jìn)行了研究。以石墨烯作為生長基底以提高復(fù)合材料的導(dǎo)電性,同時在石墨烯上擔(dān)載硫化鉍在一定程度上阻止了石墨烯的團(tuán)聚。分析電化學(xué)數(shù)據(jù)得出,復(fù)合材料的性能受到材料質(zhì)量配比的影響。經(jīng)過對比實驗優(yōu)化材料的最佳條件,并討論了最佳條件下制得的材料作為單電極時的電化學(xué)性能。其在電位窗口在-1-0 V下,在電流密度為1 A g~(-1)時,Bi_2S_3/RGO復(fù)合材料的比電容最高可達(dá)400 F g~(-1)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：西北師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB33;TM53

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本文編號：1620213