【摘要】：超級電容器是一類介于傳統(tǒng)電容和電池之間的新型儲能元件,有著使用壽命長、充放電速率快等特點,應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。石墨烯,是一種二維平面碳納米材料,被認為是最適用于超級電容的碳材料之一,尤其是自支撐式的石墨烯薄膜,作為超級電容的活性電極材料時無需外加粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑,高性能石墨烯薄膜的研發(fā)是目前超級電容活性材料的研究熱點之一。本文通過一套自制的等離子體發(fā)生裝置穩(wěn)定生成了輝光放電等離子體,用以還原氧化石墨烯薄膜,高效、溫和地制備出了一種石墨烯薄膜。通過控制變量法,確定了最佳還原區(qū)域(負輝區(qū)與法拉第暗區(qū)之間的交界區(qū))和還原時間(～5min)。對反應(yīng)產(chǎn)物進行的物化性質(zhì)表征,說明輝光等離子體還原氧化石墨烯薄膜,反應(yīng)過程溫和、高效、節(jié)能、環(huán)保,反應(yīng)得到的石墨烯薄膜還原程度高。由于反應(yīng)過程中會有一些CO、H2O、CO2等氣體分子從石墨烯片層中逸出,反應(yīng)產(chǎn)物——石墨烯薄膜具有較大的層間距和開放式的通道,這一結(jié)構(gòu)形貌特征有利于增大電解液和石墨烯片層的有效接觸面積,從而強化石墨烯薄膜材料的儲能性能。將石墨烯薄膜作為電極活性材料裝配成兩電極超級電容,借助電化學(xué)工作站,在水系電解液(6mol/L KOH水溶液)中對其進行電化學(xué)性能測試。當(dāng)掃速為10 mV/s時,石墨烯薄膜的比電容為190F/g,且隨著掃速的增加,電容特性保持良好;當(dāng)電流密度為0.5A/g時,比電容達230F/g,電容能量密度高達7.85Wh/kg;當(dāng)電流密度增大至50 A/g時,功率密度達到4.66kW/kg。此外,電化學(xué)阻抗譜測試表明以石墨烯薄膜作為活性材料的超級電容具有較小的內(nèi)阻(5Ω),且充放電效率較高,電化學(xué)性能優(yōu)異。輝光等離子體輔助制備得到的石墨烯薄膜還原程度高,反應(yīng)過程溫和、高效,且反應(yīng)產(chǎn)物——石墨烯薄膜非常適合作為超級電容的活性電極材料,在儲能領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用前景。
【圖文】：

結(jié)構(gòu)的經(jīng)典模型主要有三個：逡逑（ａ）邋Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ邋模型逡逑如圖１．１所示，Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ模型指出充電時在電極材料表面聚集的靜電荷會逡逑吸引電解液中的帶電粒子（具相反電荷），在電極活性材料／溶液的固體／液體界面逡逑形成兩層電荷量相當(dāng)?shù)南喾措姾蓪樱@兩層電荷由于體系中固體／液體界面上位逡逑壘的存在而無法中和，因而生成穩(wěn)定的雙電層。但需要指出的是，Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ摸逡逑型忽略了微觀粒子存在熱運動，事實上體系中帶電粒子不可能永遠靜止地排布于逡逑固體／液體界面上ｉａ。逡逑－０＾邋－０－＾０邋－０－邋－０邐逡逑一一一一一一一邋５邐ｄ逡逑—十一十邋＿＋一十逡逑Ｉ邐．．．．逡逑｜邋￥0逡逑圖１．１邋Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ模型示意圖逡逑（ｂ邋）邋Ｇｏｕｙ－Ｃｈａｐｍａｎ邋模型逡逑Ｇｕｏｙ和Ｃｈａｐｍａｎ兩位學(xué)者以Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ模型為基礎(chǔ)，考慮了帶電粒子的熱逡逑運動這一被忽略的因素，對Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ提出的雙電層理論進行了修正和完善，提逡逑出一個包括擴散層理論的Ｇｏｕｙ－Ｃｈａｐｍａｎ雙電層模型，如圖１．２所不，充電時帶逡逑電粒子在電解液中規(guī)律的分配在臨近固一液界面的溶液層內(nèi)。但Ｇｏｕｙ－Ｃｈａｐｍａｎ逡逑模型只是將離子視為理想的點電荷

－０＾邋－０－＾０邋－０－邋－０邐逡逑一一一一一一一邋５邐ｄ逡逑—十一十邋＿＋一十逡逑Ｉ邐．．．．逡逑｜邋￥0逡逑圖１．１邋Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ模型示意圖逡逑邋Ｇｏｕｙ－Ｃｈａｐｍａｎ邋模型逡逑和Ｃｈａｐｍａｎ兩位學(xué)者以Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ模型為基礎(chǔ)，考慮了帶電粒子被忽略的因素，對Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ提出的雙電層理論進行了修正和完善，括擴散層理論的Ｇｏｕｙ－Ｃｈａｐｍａｎ雙電層模型，如圖１．２所不，充電電解液中規(guī)律的分配在臨近固一液界面的溶液層內(nèi)。但Ｇｏｕｙ－Ｃｈａｐｍ將離子視為理想的點電荷，忽略了帶電粒子的尺寸，因而按此理論的電容與實際電容相比偏大ｕ，，１２。逡逑
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM53;TB383.2

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

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本文編號：2667567