【摘要】：電化學(xué)電容器(ECs),也稱為超級(jí)電容器,與傳統(tǒng)電容器相比,因其具有較長(zhǎng)的循環(huán)壽命,較高的功率密度以及快速充放電的能力而受到人們極大的關(guān)注。依據(jù)儲(chǔ)能原理,ECs可分為贗電容器(PCs)和雙電層電容器(EDLCs),EDLCs比PCs具有更長(zhǎng)的循環(huán)壽命。電極材料對(duì)ECs的性能起著關(guān)鍵性的作用,常用的EDLCs電極材料有石墨烯,活性炭,炭氣凝膠和碳納米管等。因理論比表面積大、熱導(dǎo)率高、導(dǎo)電性好等特點(diǎn),石墨烯是目前重要的EDLCs電極材料。雖然石墨烯具有較大的質(zhì)量比電容,但低密度導(dǎo)致其體積比電容較小。本文以制備具有高體積比電容的石墨烯電極材料為目的,制備了具有不同形貌、不同密度的具有較高體積比電容的石墨烯膜電極材料,具體工作如下:(1)通過濃硫酸進(jìn)一步處理熱還原的石墨烯(rGO)膜得到具有高質(zhì)量比電容(C_g),體積比電容(C_v)和循環(huán)穩(wěn)定性的rGO膜電極材料。最佳條件下制得的rGO膜密度高達(dá)2.04 g cm~(-3)。在1 M H_2SO_4電解液中,用其組裝電容器的C_g、C_v分別為242.3 F g~(-1)和494.3 F cm~(-3),同時(shí)該電極材料也表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性(經(jīng)10000圈循環(huán)后電容能夠保留原來的90.2%)和速率性能。(2)以草酸為模板,將草酸與氧化石墨烯混合后冷凍干燥,壓成膜,然后在草酸飽和溶液中進(jìn)行水熱還原,通過優(yōu)化草酸含量及反應(yīng)溫度對(duì)材料性能的影響,制備出具有膠囊狀形貌的石墨烯膜電極材料。最佳條件下制得的電極材料在1 M H_2SO_4電解液中,質(zhì)量比電容在1 mV s~(-1)時(shí)達(dá)到234.9 F g~(-1),且在1 V s~(-1)時(shí)電容仍能保留最大值的63.9%。同時(shí)該電極材料也表現(xiàn)出非常好的循環(huán)穩(wěn)定性,在200mV s~(-1)循環(huán)21000圈還能保留初始電容的91.2%。(3)以棉花為原料,先通過碳化、活化得到活性碳纖維(aCFC),然后將其與氧化石墨烯(GO)溶液混勻,經(jīng)過抽濾得到aCFC/GO復(fù)合膜;再經(jīng)過氫碘酸還原GO得到活化碳纖維/石墨烯(aCFC/G)柔性復(fù)合膜。研究表明,當(dāng)KOH與CF質(zhì)量比為4/1,在850℃活化1h制得aCFC具有最大的比電容。當(dāng)aCFC與GO質(zhì)量比為2/1時(shí)制得的復(fù)合膜aCFC/G具有多孔結(jié)構(gòu)(比表面積為849.6 m~2 g~(-1),孔體積為0.61 mL g~(-1)),表現(xiàn)出最佳的電容性能。以6 M的KOH為電解液,在掃速為1mV s~(-1)時(shí),兩電極法測(cè)得其質(zhì)量、面積、體積比電容分別為202 F g~(-1),374 mF cm~(-2)和116 F cm~(-3)。經(jīng)過5000個(gè)循環(huán)后,組裝的電容器仍能保留初始電容值的91.7%,表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性。同時(shí)由該復(fù)合膜組裝的固態(tài)電容器經(jīng)反復(fù)彎曲后,仍表現(xiàn)出良好的電容性能。
【圖文】：

2圖 1.2 超級(jí)電容器結(jié)構(gòu)示意圖。Fig. 1.2 The structure of the supercapacitoECs 主要由電解液、電極、集流體、隔膜體系和堿性體系），，固態(tài)電解質(zhì)（RbAgt4NBF4/ AN）。通常我們選擇成本低、安廣的電解質(zhì)溶液。電極是 ECs 最重要的組，高功率，長(zhǎng)循環(huán)壽命的電極材料是人

圖 2.1 制備 DrGOFs 的原理圖。Fig.2 1 The schematic diagram of the process for preparing DrGOFs.料的表征及電化學(xué)性能測(cè)試Fs 膜的形貌是通過掃描電子顯微鏡（SEM，JEOL-JSM-670TEM，JEOL-2010）觀察得到的。通過 N2吸附-脫附（ ）測(cè) 試 ，采用 Brunauer-Emmett-Teller (BET) 、 Barrett-J Horvath-Kawazoe （HK）對(duì)所制備的材料進(jìn)行比表面積及XRD，Bruker D8 型衍射儀）測(cè)試是在以 Cu 靶 Ka 射線nm，2 為 10-80°，掃描速度為 5°min 1的條件下進(jìn)行的。，ESCAL-ab 220i-XL 光電子能譜儀）使用的是 1486.6 eV 譜（HORIBA）是在 LabRAM HR 演變過程中進(jìn)行的。用R，BRUKER TENSOR 27）對(duì)樣品進(jìn)行紅外光譜分析。用接U）測(cè)量樣品的接觸角。
【學(xué)位授予單位】：山西大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ127.11;TB383.2

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本文編號(hào)：2677823