超級電容器作為新型儲能裝置,具有高功率密度、快速大電流充放電、循環(huán)壽命長等特點,有著廣泛的應(yīng)用。電極材料是超級電容器的核心。過渡金屬氧化物理論比容量高但導(dǎo)電性差,加入導(dǎo)電性好的石墨烯可以有效地改善這一缺點。本文以改進(jìn)的Hummers法合成氧化石墨(GO),以微波輔助分解法制備出微波剝離氧化石墨烯材料(MEGO)。再以KMnO4、NH4Cl和MEGO為原料,通過改變反應(yīng)時間制備出一系列不同二氧化錳含量的石墨烯/二氧化錳復(fù)合材料以及純MnO2。利用XRD、Raman和SEM對其成分結(jié)構(gòu)和微觀形貌進(jìn)行表征,并研究了其電化學(xué)性能。(1)經(jīng)碳含量分析測試,隨著反應(yīng)時間的增加,復(fù)合材料中Mn02的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也依次增加。經(jīng)SEM觀察分析,MrnO2呈納米片狀,疊合為類似蜂窩狀的立體結(jié)構(gòu),且均勻的分布在石墨烯的片層表面。(2)利用三電極體系測試了復(fù)合材料的電化學(xué)性能。測試表明,復(fù)合材料的電化學(xué)性能均優(yōu)于純MnO2和MEGO;當(dāng)MnO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35.4%時,復(fù)合材料的電化學(xué)性能最好;在恒電流充放電測試中,當(dāng)電流密度為1A/g時,復(fù)合材料的比容量為339 F/g,在10 A/g的電流密度下循環(huán)1000圈... 

【文章來源】：華中師范大學(xué)湖北省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：62 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－１多種儲能設(shè)備的Ｒａｇｏｎｅ?Ｐｌｏｔ圖Ｍ??雙電層超級電容器，是其內(nèi)部的電解液離子和電極材料間所形成的雙電層??效應(yīng)進(jìn)而儲存能量

恥學(xué)位論文??ＭＡＳＴＥＲ＇Ｓ?ＴＨＥＳＩＳ??雙電層電容器的結(jié)構(gòu)以及充放電過程如圖１－３所示［９］，雙電層電容主要來源于??電極材料，例如碳材料顆粒與電解液之間，當(dāng)過量的電子在電極表面積累的時候，??為了滿足電中性原理，電解質(zhì)離子平衡電荷就會聚集在電解液的一側(cè)［７】。在充電的??過程中，在外加電場的作用下，電子從負(fù)極向正極移動。在電解液中，陽離子向負(fù)??極移動而陰離子向正極移動。放電的時候，過程則反向進(jìn)行［２，７，１Ｇ］。??｜＜??（ｏｒ?ｐｅｒｍｅａｂｔｅｓｅｐａｒａｔｏｒ?ｊ?ｊ?：?：?：??ｅ?夢｝———一?—？?｜?ｅ「?—？?丨?〇ｒ??？｜?？?３ｔ－＇?Ｊ?？?ｉ？?？ｊ?充電?？?ｉ?’??＾８?？?Ｉ?ｅ?備個■一?Ｃａｒｔｏｎ?ｉｎ?ｃｏｎｔａｃｔ?０｜?■?＞?￣０?！?９Ｉ?＋??——？?．?Ｓ??０?Ｉ?ｅ?＾?；一－?＾?ｉ?Ｊ?１??＋?１＾１?－?一??ＩＦ?？�。�？－?Ｌ?ｅ！」?！?ｅＣＪ??毫？！?６?擊?Ｉ?Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?１０＾?２Ｌ＾�。�??ｌ？?—ｉ—???＼?４ｍｍｍ??「．．．＇＇．ｎ?Ｉ?＼?ｆ?ｉ?—ｒ?ｒ??＇?［＇２?ＳｉｍｐＷＭＣ?ｅｉｅｃｔｎｃ?ｏｉｃｕｌ?＼??圖１－３雙電層電容器的結(jié)構(gòu)（左）和充放電過程（右）??雙電層電容器這一類電容器，在電極／電解液界面沒有電荷的轉(zhuǎn)移，電極與電解??液之間沒有純粹的離子轉(zhuǎn)換。這表明，電解液的濃度在充放電過程中并沒有變化［７，??１Ｑ】。因此，能量是儲存在雙電層界面的。雙電層電容主要依賴于電極材料本身（材??料的比表面積和孔徑分布）［１１—１３］

圖Ｍ?ａ）欠電位沉積；ｂ）氧化還原贗電容；ｃ）嵌入贗電容［１５］??（３）混合電容器??混合超級電容器，也稱為非對稱超級電容器，即正負(fù)極材料不同。如圖１－５所??示，一般在組裝非對稱超級電容器的時候，負(fù)極選用具有雙電層性質(zhì)的碳材料、金??屬碳化物或氮化物等來儲存能量；正極選擇具有法拉第性質(zhì)的過渡金屬氧化物或者??聚合物來儲存能量。因此在此類電容器的充放電過程中，結(jié)合了兩類電容器的優(yōu)點，??既增加了工作的電壓范圍、改善了循環(huán)性能、提高了能量密度；如ＥＭＳＡ公司研制??的ＡＣ／ＮｉＯＯＨ混合超級電容器己經(jīng)應(yīng)用到電動車和太陽能電池領(lǐng)域［２３］。??Ｃｕｒｒａｉｔ?ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ?（ｆｏｉｌ）?＾?／?Ｂａｔｔｅｒｙ－ｌｉｋｃ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?（ＮｉＯＯＨ?ｏｒ?ＰＷ２）??ｃ?？，Ｚ?／?Ｚ?，?／＾?／?／?／?／?／?／￣?＋??Ｓｅｃｔｏｒ?ｋ??Ｃｕｒｒｅｎｔ?ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ?（ｆｏｉｌ）?Ｄｏｕｂｌｅ－ｌａｙｅｒ?ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ?（ｍｉｃｒｏｐｏｒｏｕｓ?ｃａｒｂｏｎ）??圖１－５混合電容器的結(jié)構(gòu)［１１］??１．２．３超級電容器的特點??（１）高功率密度??如圖１－６所示［２４］，相比于鋰離子電池（１５０?Ｗ／Ｋｇ），超級電容器擁有更高的功??率密度（１－１０?ＫＷ／Ｋｇ）；超級電容器在電極表面和固體電極的固體內(nèi)部儲存能量，??而不是整個電極，充放電的速率會快于傳統(tǒng)電池（整體為電化學(xué)氧化還原反應(yīng)），??這使得超級電容器有更高的功率密度；例如，一個超級電容器可以在幾秒內(nèi)完成充??電或者放電（３０?ｓ）

【參考文獻(xiàn)】：
碩士論文
[1]PANI/RGO復(fù)合材料的制備及其在超級電容器中的性能研究[D]. 代懷麗.華中師范大學(xué) 2014
[2]二氧化錳復(fù)合材料的制備及在超級電容器中的應(yīng)用[D]. 唐佳勇.復(fù)旦大學(xué) 2014
[3]石墨烯/四氧化三鈷復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性能研究[D]. 高翠俠.天津大學(xué) 2013
[4]蔗糖制備微孔炭及其電化學(xué)性質(zhì)研究[D]. 顧毅.青島大學(xué) 2012
[5]石墨烯/贗電容材料復(fù)合物的制備與電化學(xué)性能研究[D]. 楊婉璐.哈爾濱工程大學(xué) 2012



本文編號：2938492