針對當今社會能源短缺和環(huán)境污染問題,亟待發(fā)展新能源儲能技術(shù),而超級電容器和鋰離子電池是發(fā)展新型綠色能源的重要組成部分。金屬氧化物/石墨烯復合材料作為最具發(fā)展?jié)摿Φ碾姌O材料,結(jié)合了金屬氧化物高能量密度和石墨烯高比表面積、高導電性的特征,可獲得優(yōu)異的電化學性能。本文采用一種簡單的超聲化學法合成了一系列金屬氧化物/石墨烯復合材料,分別通過調(diào)控超聲反應時間、后續(xù)熱處理溫度和反應物投料比,來調(diào)控復合材料的微觀形貌、晶體結(jié)構(gòu)和組成,進而探討材料的本征性能和微觀結(jié)構(gòu)對其電化學性能的影響,為超級電容器和鋰離子電池電極材料的優(yōu)化制備和性能提升提供理論依據(jù)和實踐基礎。本論文具體內(nèi)容如下:（1）以KBrO3作為氧化劑、MnSO4作為Mn源,采用超聲化學法在氧化石墨烯（GO）表面原位生長MnO2,制備MnO2/石墨烯復合材料。通過調(diào)節(jié)超聲化學反應時間,調(diào)控MnO2納米片在GO表面的生長過程和微觀形貌,不僅可以阻止石墨烯的自堆疊,提高材料的比表面積,而且可促進電解質(zhì)離子的傳輸。研究發(fā)現(xiàn),超聲反應3h所得的MnO2/石墨烯復合材料表現(xiàn)出了最佳的電化學性能:5 mV/s時的比容量高達292.9 F/g,100 mV... 

【文章來源】：湖北大學湖北省

【文章頁數(shù)】：84 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－２?（ａ）雙電層電容器和（ｂ）法拉第準電容器的儲能機理示意圖［６］??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ?ｔｈｅ?ｅｎｅｒｇｙ?ｓｔｏｒａｇｅ?ｍｅｃｈａｎｉｓｍ?ｏｆ?（ａ）?ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ??

在５?ｍＶ／ｓ的掃描速率下比電容高達３３７．５?Ｆ／ｇ，并且在５?Ａ／ｇ的電流密度下進行１０００次??循環(huán)充放電后容量保持率高達９８．３％。對于鋰離子電池來說，碳材料也可作為其負極材??料，如圖１－３?（ｂ），所用碳負極材料包括石墨、硬碳、碳納米管和中間相碳微球等，工業(yè)??化生產(chǎn)中多用石墨負極，主要是由于石墨價格低廉，對環(huán)境無污染，導電性良好，電化??學電勢低，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，循環(huán)性能好，石墨層間距讓鋰離子能夠較快速的插入與脫插，并??且具有穩(wěn)定的電化學反應特性。Ｌｉ＋不但能夠進入到石墨烯片層的兩邊，還能插入到石墨??烯片的邊界、缺陷和共價位［２１］。Ｂｈａｒｄｗａｊ等人［２２１將多壁碳納米管展開得到石墨烯納米??帶，其首次放電容量達到１４００ｍＡｈ／ｇ，庫倫效率達到了?５３％，體現(xiàn)出了優(yōu)異的鋰離子電??池電化學性能。??１．３．２金屬氧化物??最早研究的贗電容金屬氧化物材料是Ｒｕ〇２，其基本電化學反應為：??Ｒｕ〇２?＋?ｘＨ４?＋?ｘｅ＂?＾?Ｒｕ〇２－ｘ（〇Ｈ）ｘ??由于Ｒｕ０２高導電性的特點，電極材料能夠被高效充分利用，其比容量最高達到１３４０?Ｆ／ｇ，??基本接近其最大理論容量１４００Ｆ／ｇ，其中高比容量主要來源于電活性材料與強酸電解質(zhì)??中質(zhì)子的表面反應［２３】。此后

并且１５ｍｉｎ復合材料展現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學性能，其中比容量高達２９６Ｆ／ｇ，且經(jīng)??過３０００次充放電循環(huán)后容量保持率仍然高達９３％。Ｚｈａｎｇ等人［４５］以微波化學法將Ｆｅ３＋??插層到石墨烯片表面，制備得到了?Ｆｅ３〇４／ＲＧＯ的復合材料，合成過程如圖１－５所示。將??其用作鋰離子負極材料，表現(xiàn)出了高的可逆容量，５０圈后比容量高達６５０ｍＡｈ／ｇ，并且??在５Ｃ放電情況下比容量高達３５０?ｍＡｈ／ｇ，倍率性能優(yōu)異，這些突出的電化學性能都得??歸功于石墨烯良好的電導率和緩沖作用。??纖，麵，＿??〇＊９入０?°＊１？人〇?°＾入〇?妒?〇？??Ｈ?Ｈ?Ｈ??？?？?ａ??Ｗ?Ｆｃ＾Ｏ．Ｈ，?Ｆｃ．Ｏ，??圖１－５微波化學法合成Ｆｅ３０４／石墨烯示意圖Ｉ４５』??Ｆｉｇｕｒｅ?１－５?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｆ?Ｆｅ３〇４／ＲＧＯ??ｂｙ?ａ?ｍｉｃｒｏｗａｖｅ?ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ?ｍｅｔｈｏｄ．??１．４．５機械化學法??機械化學法是通過機械能活化原料，達到反應物的活化能，形成新的復合材料的方??法［４６

【參考文獻】：
期刊論文
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[4]電化學儲能基本問題綜述[J]. 李泓,呂迎春.  電化學. 2015(05)
[5]Electrochemical performances of hydrogen storage alloys treated using a new milling technique[J]. LIU Kaiyu~(a,b) ZHANG Ying~(a,b) ZHANG Wei~c HE Yuehui~b ~a School of Chemistry and Chemical Engineering,Central South University,Changsha 410083,China ~b State Key Laboratory of Powder Metallurgy,Central South University,Changsha 410083,China ~c No.712 Research Institute,China Shipbuilding Industry Co.,Wuhan 430064,China.  Rare Metals. 2008(03)



本文編號：2993919