發(fā)布時(shí)間：2021-01-22 21:16

　　針對(duì)當(dāng)今社會(huì)能源短缺和環(huán)境污染問題,亟待發(fā)展新能源儲(chǔ)能技術(shù),而超級(jí)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(fù)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(dǎo)電性的特征,可獲得優(yōu)異的電化學(xué)性能。本文采用一種簡(jiǎn)單的超聲化學(xué)法合成了一系列金屬氧化物/石墨烯復(fù)合材料,分別通過調(diào)控超聲反應(yīng)時(shí)間、后續(xù)熱處理溫度和反應(yīng)物投料比,來(lái)調(diào)控復(fù)合材料的微觀形貌、晶體結(jié)構(gòu)和組成,進(jìn)而探討材料的本征性能和微觀結(jié)構(gòu)對(duì)其電化學(xué)性能的影響,為超級(jí)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(shí)踐基礎(chǔ)。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(xué)法在氧化石墨烯（GO）表面原位生長(zhǎng)MnO2,制備MnO2/石墨烯復(fù)合材料。通過調(diào)節(jié)超聲化學(xué)反應(yīng)時(shí)間,調(diào)控MnO2納米片在GO表面的生長(zhǎng)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(jìn)電解質(zhì)離子的傳輸。研究發(fā)現(xiàn),超聲反應(yīng)3h所得的MnO2/石墨烯復(fù)合材料表現(xiàn)出了最佳的電化學(xué)性能:5 mV/s時(shí)的比容量高達(dá)292.9 F/g,100 mV... 

【文章來(lái)源】：湖北大學(xué)湖北省

【文章頁(yè)數(shù)】：84 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－２?（ａ）雙電層電容器和（ｂ）法拉第準(zhǔn)電容器的儲(chǔ)能機(jī)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(dá)３３７．５?Ｆ／ｇ，并且在５?Ａ／ｇ的電流密度下進(jìn)行１０００次??循環(huán)充放電后容量保持率高達(dá)９８．３％。對(duì)于鋰離子電池來(lái)說(shuō)，碳材料也可作為其負(fù)極材??料，如圖１－３?（ｂ），所用碳負(fù)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(fù)極，主要是由于石墨價(jià)格低廉，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，導(dǎo)電性良好，電化??學(xué)電勢(shì)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(xué)反應(yīng)特性。Ｌｉ＋不但能夠進(jìn)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(jià)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(dá)到１４００ｍＡｈ／ｇ，庫(kù)倫效率達(dá)到了?５３％，體現(xiàn)出了優(yōu)異的鋰離子電??池電化學(xué)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(xué)反應(yīng)為：??Ｒｕ〇２?＋?ｘＨ４?＋?ｘｅ＂?＾?Ｒｕ〇２－ｘ（〇Ｈ）ｘ??由于Ｒｕ０２高導(dǎo)電性的特點(diǎn)，電極材料能夠被高效充分利用，其比容量最高達(dá)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(lái)源于電活性材料與強(qiáng)酸電解質(zhì)??中質(zhì)子的表面反應(yīng)［２３】。此后

并且１５ｍｉｎ復(fù)合材料展現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學(xué)性能，其中比容量高達(dá)２９６Ｆ／ｇ，且經(jīng)??過３０００次充放電循環(huán)后容量保持率仍然高達(dá)９３％。Ｚｈａｎｇ等人［４５］以微波化學(xué)法將Ｆｅ３＋??插層到石墨烯片表面，制備得到了?Ｆｅ３〇４／ＲＧＯ的復(fù)合材料，合成過程如圖１－５所示。將??其用作鋰離子負(fù)極材料，表現(xiàn)出了高的可逆容量，５０圈后比容量高達(dá)６５０ｍＡｈ／ｇ，并且??在５Ｃ放電情況下比容量高達(dá)３５０?ｍＡｈ／ｇ，倍率性能優(yōu)異，這些突出的電化學(xué)性能都得??歸功于石墨烯良好的電導(dǎo)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(xué)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(jī)械化學(xué)法??機(jī)械化學(xué)法是通過機(jī)械能活化原料，達(dá)到反應(yīng)物的活化能，形成新的復(fù)合材料的方??法［４６

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Growth of SnO2 Nanoflowers on N-doped Carbon Nanofibers as Anode for Li-and Na-ion Batteries[J]. Jiaojiao Liang,Chaochun Yuan,Huanhuan Li,Kai Fan,Zengxi Wei,Hanqi Sun,Jianmin Ma.  Nano-Micro Letters. 2018(02)
[2]Two-Dimensional Transition Metal Oxide and Chalcogenide-Based Photocatalysts[J]. Farjana Haque,Torben Daeneke,Kourosh Kalantar-zadeh,Jian Zhen Ou.  Nano-Micro Letters. 2018(02)
[3]Pseudocapacitive materials for electrochemical capacitors:from rational synthesis to capacitance optimization[J]. Jie Wang,Shengyang Dong,Bing Ding,Ya Wang,Xiaodong Hao,Hui Dou,Yongyao Xia,Xiaogang Zhang.  National Science Review. 2017(01)
[4]電化學(xué)儲(chǔ)能基本問題綜述[J]. 李泓,呂迎春.  電化學(xué). 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)



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