隨著全球性的能源日益短缺和傳統(tǒng)能源污染加劇,發(fā)展新的可持續(xù)能源已成為一項(xiàng)至關(guān)重要的任務(wù)。目前,鋰離子電池因?yàn)槠鋬?yōu)秀的能量密度和循環(huán)穩(wěn)定性已被大量應(yīng)用于便攜式電子器件、電動(dòng)汽車、智能電網(wǎng)等領(lǐng)域。然而,鋰資源的匱乏與不合理分布大大阻礙了鋰離子電池的大規(guī)模使用。最近,新型電化學(xué)儲(chǔ)能器件如:超級(jí)電容器、鈉離子電池、鉀離子電池等作為鋰離子電池的適合和具有潛力的替代品已經(jīng)被廣泛探索以推動(dòng)新型高效能源存儲(chǔ)的發(fā)展。在諸多新型儲(chǔ)能材料中,過渡金屬化合物由于具有較高的能量密度和轉(zhuǎn)換效率成為新的研究熱點(diǎn)。但是,這類材料普遍存在比表面積低、活性位點(diǎn)少、導(dǎo)電性差、體積膨脹大、材料易粉碎等等固有屬性的問題,對其在新型電化學(xué)儲(chǔ)能中的應(yīng)用造成嚴(yán)重制約。因此,通過過渡金屬化合物活性材料與整個(gè)電極的結(jié)構(gòu)協(xié)同復(fù)合,巧妙地設(shè)計(jì)材料的形貌和組成可以有效解決上述問題。首先,在納米尺度上實(shí)現(xiàn)過渡金屬化合物的形貌和結(jié)構(gòu)的可控合成,以增強(qiáng)材料的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性,擴(kuò)大比表面和提高動(dòng)力學(xué)性能。其次,在過渡金屬化合物的新型納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上提供襯底材料,如石墨烯,導(dǎo)電聚合物等。石墨烯作為一種新型的單碳原子二維多功能材料,具有優(yōu)良的光學(xué)、電學(xué)... 

【文章來源】：上海電力大學(xué)上海市

【文章頁數(shù)】：99 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

褶皺石墨烯示意圖[8]

于石墨烯的彎曲變形可以吸收能量，表現(xiàn)出良好的柔性。④電學(xué)性能：溫條件下石墨烯具有超過15000cm2V1s1的高電子遷移率。在l0K到100K的溫度變化條件下，其電子遷移率不受溫度的影響。在室溫條件下，電子遷移率可被聲子散射提高200000cm2V1s1。石墨烯的電阻率很小，是良好的導(dǎo)體材料。1.3.3氧化石墨烯（GO）的制備目前，對石墨烯的研究已經(jīng)從從石墨烯的制備、功能化拓展到各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，對于石墨烯的制備也已經(jīng)從簡單的機(jī)械剝離法拓展到大規(guī)模制備的新型方式，如：化學(xué)氣相沉積法、分子束外延生長以及改進(jìn)的Hummers法等。圖12氧化石墨烯（grapheneoxide，GO）制備示意圖[8]在實(shí)際生產(chǎn)中，這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)：機(jī)械剝離法操作簡單、成本低、設(shè)備要求低，但產(chǎn)物的厚度、尺寸很難控制，無法實(shí)現(xiàn)大量可控制備�；瘜W(xué)氣相沉積法需要高溫環(huán)境下氣態(tài)反應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模低成本可控制備高品質(zhì)石墨烯，但是設(shè)備要求高、反應(yīng)能耗大，成本較高。分子束外延生長法生長更加苛刻，且生成的石墨烯難以分離。

??鶚艉陀謝?岷霞戀難≡穸訫OF的結(jié)構(gòu)和性能有很大的影響，GO在基底面具有更大的結(jié)構(gòu)基序和孔徑的可調(diào)性。MOF的極性基團(tuán)與未處理的GO連接，化學(xué)還原以去除GO表面的環(huán)氧和羥基。通過空間限域自組裝使二維石墨烯形成三維石墨烯氣凝膠，MOF顆粒均勻分散在石墨烯片的兩側(cè)并且被石墨烯良好包裹。此外，GO還原后，得到的rGO克服了MOF導(dǎo)電性差的缺點(diǎn)。因此，GR/MOF復(fù)合材料是一種很有前途的制備新型電化學(xué)儲(chǔ)能電極的前驅(qū)體材料。1.5石墨烯復(fù)合納米材料在電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域中的應(yīng)用1.5.1超級(jí)電容器（SCs）1.5.1.1超級(jí)電容器的概述圖13超級(jí)電容器的不同分類圖[52,56,59]超級(jí)電容器（supercapacitors，SCs）是利用高表面積電極材料和超薄電解介質(zhì)來獲得電化學(xué)儲(chǔ)能。傳統(tǒng)電容器一般由兩個(gè)被絕緣介質(zhì)材料隔開的導(dǎo)電電極組成，負(fù)載電壓加到導(dǎo)電電極時(shí)，不同電荷在每個(gè)電極的表面積聚以儲(chǔ)存能量。根據(jù)目前的研究發(fā)展趨勢，超級(jí)電容器可分為三大類：電化學(xué)雙層電容器（electrochemicaldoublelayercapacitor，EDLCs）、贗電容器（pseudocapacitances，PCs）和混合電容器（hybridcapacitor，HCs）。每一類都有其獨(dú)特的儲(chǔ)存電荷機(jī)制，分別是非法拉第反應(yīng)（nonfaradayreaction）、法拉第反應(yīng)（faradayreaction）和兩者的結(jié)合。非法拉第機(jī)制不涉及化學(xué)反應(yīng)機(jī)制，電荷是通過不涉及化學(xué)鍵的形成或斷裂的物理過程分布在表面上的。與之不同的是，法拉第過程中主要是以氧化還原反應(yīng)為主，其主要機(jī)理是電極和電解質(zhì)之間的電荷轉(zhuǎn)移。接下來將介紹這三種超級(jí)電容器具體特點(diǎn)與區(qū)別。1.5.1.2超級(jí)電容器的分類①電化學(xué)雙層電容器（EDLCs）：其基本結(jié)構(gòu)為碳基電極/電解液//隔膜//電解液/碳基電極。與傳統(tǒng)電容器一樣，電化學(xué)雙層電容器的電極和電解液之間不存在電荷轉(zhuǎn)移，而是通過

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Definitions of Pseudocapacitive Materials: A Brief Review[J]. Yuqi Jiang,Jinping Liu.  能源與環(huán)境材料(英文). 2019(01)
[2]用于高性能非對稱超級(jí)電容器電極的泡沫鎳負(fù)載分層介孔Co3O4@ZnCo2O4混合納米線陣列（英文）[J]. 李蒙剛,楊微微,黃雅榮,于永生.  Science China Materials. 2018(09)



本文編號(hào)：2962400