隨著人類需求的日益增長,人類對于儲能裝置的要求也越來越高。超級電容器,是一種介于電介質(zhì)電容器和電池之間的一種新型的電化學(xué)儲能裝置,有著幾乎媲美傳統(tǒng)的電介質(zhì)電容器的功率密度,同時能量密度相對較高,特別適合于高脈沖大電流的放電。其中電極材料是決定電容器性能的關(guān)鍵。MXenes材料是一類最新發(fā)現(xiàn)的類石墨烯二維材料,具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、導(dǎo)電性好、表面官能團豐富等特點,已經(jīng)在超級電容器領(lǐng)域展示出了優(yōu)良的應(yīng)用前景。但是MXenes材料本身存在易團聚、易被氧化和自身的容量較低等缺點。如何提高MXenes材料的電化學(xué)性能是當前研究的熱點。本論文以Ti_3AlC_2為原料,通過刻蝕和超聲得到d-Ti_3C_2T_x。并以此為基礎(chǔ)制得了兩種新型MXenes基納米復(fù)合材料,分別是d-Ti_3C_2T_x/α-Fe_2O_3和3D RGO/d-Ti_3C_2T_x,并研究了材料的組成對材料結(jié)構(gòu)形貌和電化學(xué)性能的影響。(1)d-Ti_3C_2T_x:本文通過LiF/HCl、NH_4HF_2/HCl和HF三種刻蝕液分別刻蝕Ti_3AlC_2,成功將Al元素刻蝕掉;刻蝕得到的ml-Ti_3C_2T_x是一種層狀的堆積結(jié)構(gòu),能明顯的看到層與層之間的間隙;ml-Ti_3C_2T_x通過超聲剝離得到單層或者少層的d-Ti_3C_2T_x。電化學(xué)性能測試表明d-Ti_3C_2T_x具有典型的雙電層電容,在1 A/g的電流密度下,d-Ti_3C_2T_x的質(zhì)量比電容達到了83.7 F/g。交流阻抗的結(jié)果也顯示d-Ti_3C_2T_x的內(nèi)阻和接觸電阻都很小,擴散阻力也很小,這與文獻報道的一致。(2)d-Ti_3C_2T_x/α-Fe_2O_3:通過在水中d-Ti_3C_2T_x膠體與CTAB分散的α-Fe_2O_3納米粒子靜電自組裝,得到了MXenes(d-Ti_3C_2T_x)/α-Fe_2O_3納米復(fù)合材料。SEM的結(jié)果顯示:d-Ti_3C_2T_x片層負載在可可豆狀的α-Fe_2O_3納米粒子表面。這種結(jié)構(gòu)提高了整個材料的電導(dǎo)率,提高了電子傳輸速率,并抑制了氧化鐵的溶解,從而提高了材料的電化學(xué)性能。電化學(xué)測試的結(jié)果顯示:材料的電壓窗口高達1.2 V;在電流密度為2 A/g時電容達到405.4 F/g;在電流密度為20 A/g電容仍然由197.62 F/g(電容保有率48.75%)。另外,MXenes/α-Fe_2O_3納米材料也顯示出高的循環(huán)穩(wěn)定性,在100 mV/s的掃速下,2000次CV循環(huán)后,電容量仍然有初始容量的97.7%。這展現(xiàn)出MXenes(d-Ti_3C_2T_x)/α-Fe_2O_3材料作為不對稱超級電容器負極材料有極大的應(yīng)用潛力。(3)3D RGO/d-Ti_3C_2T_x:通過CTAB輔助,d-Ti_3C_2T_x和GO在水中復(fù)合,然后在加入還原劑水合肼的條件下水熱反應(yīng),最后冷凍干燥得到三維的3D RGO/d-Ti_3C_2T_x。SEM結(jié)果顯示隨著d-Ti_3C_2T_x的引入材料的孔道結(jié)構(gòu)變得豐富,孔結(jié)構(gòu)變多。這種材料作為一種自支撐材料可直接做電極,這樣大大減小了器件的體積,同時也節(jié)約了成本。電化學(xué)測試的結(jié)果顯示:在掃速為2 mV/s時,材料的比容量為164.9 F/g;當掃速增大到300 mV/s時,材料的比容量仍然有117.72F/g(容量保有率為71.4%)材料的循環(huán)性能也很優(yōu)異,在200 mV/s的掃速下,CV循環(huán)了5000圈后材料的容量仍然有初始容量的98.3%。這表明3D RGO/d-Ti_3C_2T_x在柔性器件和消費電子產(chǎn)品領(lǐng)域有巨大的應(yīng)用前景。
【學(xué)位單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB33
【部分圖文】：

各種電化學(xué)儲能裝置的功率密度-能量密度圖（Ragone圖）

超級電容器結(jié)構(gòu)圖

圖 1.3 雙電層模型[3]：（a）Helemholtz 雙電層模型；（b）Gouy-Chapman 雙電層模型；（c）Stern 雙電層模型。.4.2 贗電容（法拉第準電容）

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 陳新麗;李偉善;;超級電容器電極材料的研究現(xiàn)狀與發(fā)展[J];廣東化工;2006年07期

2 許開卿;吳季懷;范樂慶;冷晴;鐘欣;蘭章;黃妙良;林建明;;水凝膠聚合物電解質(zhì)超級電容器研究進展[J];材料導(dǎo)報;2011年15期

3 梓文;;超高能超級電容器[J];兵器材料科學(xué)與工程;2013年04期

4 ;歐盟創(chuàng)新型大功率超級電容器問世[J];功能材料信息;2014年01期

5 周霞芳;;無污染 充電快 春節(jié)后有望面市 周國泰院士解密“超級電容器”[J];環(huán)境與生活;2012年01期

6 江奇,瞿美臻,張伯蘭,于作龍;電化學(xué)超級電容器電極材料的研究進展[J];無機材料學(xué)報;2002年04期

7 朱修鋒,王君,景曉燕,張密林;超級電容器電極材料[J];化工新型材料;2002年04期

8 景茂祥,沈湘黔,沈裕軍,鄧春明,翟海軍;超級電容器氧化物電極材料的研究進展[J];礦冶工程;2003年02期

9 朱磊,吳伯榮,陳暉,劉明義,簡旭宇,李志強;超級電容器研究及其應(yīng)用[J];稀有金屬;2003年03期

10 賀福;碳(炭)材料與超級電容器[J];高科技纖維與應(yīng)用;2005年03期

相關(guān)會議論文 前10條

1 馬衍偉;張熊;余鵬;陳堯;;新型超級電容器納米電極材料的研究[A];2009中國功能材料科技與產(chǎn)業(yè)高層論壇論文集[C];2009年

2 張易寧;何騰云;;超級電容器電極材料的最新研究進展[A];第二十八屆全國化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會論文集[C];2009年

3 鐘輝;曾慶聰;吳丁財;符若文;;聚苯乙烯基層次孔碳的活化及其在超級電容器中的應(yīng)用[A];中國化學(xué)會第15屆反應(yīng)性高分子學(xué)術(shù)討論會論文摘要預(yù)印集[C];2010年

4 趙家昌;賴春艷;戴揚;解晶瑩;;扣式超級電容器組的研制[A];第十二屆中國固態(tài)離子學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集[C];2004年

5 單既成;陳維英;;超級電容器與通信備用電源[A];通信電源新技術(shù)論壇——2008通信電源學(xué)術(shù)研討會論文集[C];2008年

6 王燕;吳英鵬;黃毅;馬延風(fēng);陳永勝;;單層石墨用作超級電容器的研究[A];2009年全國高分子學(xué)術(shù)論文報告會論文摘要集（上冊）[C];2009年

7 趙健偉;倪文彬;王登超;黃忠杰;;超級電容器電極材料的設(shè)計、制備及性質(zhì)研究[A];中國化學(xué)會第27屆學(xué)術(shù)年會第10分會場摘要集[C];2010年

8 張琦;鄭明森;董全峰;田昭武;;基于薄液層反應(yīng)的新型超級電容器——多孔碳電極材料的影響[A];中國化學(xué)會第27屆學(xué)術(shù)年會第10分會場摘要集[C];2010年

9 馬衍偉;;新型超級電容器石墨烯電極材料的研究[A];第七屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集（第7分冊）[C];2010年

10 劉不厭;彭喬;孫s

本文編號：2819833