發(fā)布時(shí)間：2017-08-18 08:25

  本文關(guān)鍵詞：基于石墨烯及其復(fù)合材料超級(jí)電容器的研究

  更多相關(guān)文章： 超級(jí)電容器 石墨烯 聚(3-4乙撐二氧噻吩) 水熱 復(fù)合薄膜

【摘要】：當(dāng)前,化石能源短缺和全球變暖導(dǎo)致的能源和環(huán)境問(wèn)題日益凸顯,大力發(fā)展清潔和可再生能源成了不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。超級(jí)電容器作為一種介于傳統(tǒng)電容器和鋰離子電池之間的新型儲(chǔ)能體系,能夠提供大功率輸出、具有超長(zhǎng)的使用壽命和穩(wěn)定性,應(yīng)用前景廣闊。石墨烯是由一個(gè)碳原子以sp2雜化軌道組成的六角型呈蜂巢晶格狀的單原子層,獨(dú)特的二維共軛結(jié)構(gòu)賦予其優(yōu)異的導(dǎo)電性、力學(xué)性能、電化學(xué)穩(wěn)定性以及巨大的理論比表面積,是理想的超級(jí)電容器電極材料。本文用改性的Hummers方法得到石墨烯的前驅(qū)體氧化石墨烯(GO),再利用水熱法制備三維多孔石墨烯薄膜(rGO Films),同時(shí)采用涂膜的方法制備了石墨烯/聚(3,4乙撐二氧噻吩)(PEDOT)復(fù)合薄膜,并對(duì)其化學(xué)組成、形貌以及電化學(xué)性能進(jìn)行了表征。本文的研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:(1)向GO溶液加入少量HCl溶液(1:3的HCl溶液)形成GO凝膠,在機(jī)械振動(dòng)作用下均勻分散,自然晾干得到GO薄膜。將得到的GO薄膜置于水熱釜,180℃水熱還原24 h后,在一定的機(jī)械壓力作用下,得到三維多孔石墨烯薄膜。rGO薄膜在1 A/g充放電速率下具有218 F/g的比容量,且10000次充放電后電容量保持率為92%。水熱還原制備的rGO薄膜組裝成超級(jí)電容器后,表現(xiàn)出了優(yōu)秀的體積比容量(246 F/cm3)、倍率性能(20A/g時(shí)的容量為初始容量的82.5%)以及循環(huán)穩(wěn)定性(10000次充放電容量?jī)H損失8%)。(2)將濃度為10.4 mg/mL的GO溶液與濃度為13 mg/mL的PEDOT/PSS分散液共混,待混合均勻后加入少量的質(zhì)子酸(1:3的HI水溶液)振蕩均勻形成凝膠。利用涂膜器將混合物凝膠涂覆在玻璃片上后靜置5 h,再用濃硫酸處理除去PSS(聚苯乙烯磺酸),最后用HI還原得到石墨烯/PEDOT復(fù)合薄膜。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)GO與PEDOT/PSS的質(zhì)量比為3:1時(shí),石墨烯/PEDOT復(fù)合薄膜表現(xiàn)出了高的比容量和優(yōu)異的倍率性能。此外,HI還原的時(shí)間長(zhǎng)短對(duì)復(fù)合薄膜電化學(xué)性能也有比較大的影響。
【關(guān)鍵詞】：超級(jí)電容器 石墨烯 聚(3-4乙撐二氧噻吩) 水熱 復(fù)合薄膜
【學(xué)位授予單位】：北京服裝學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM53;TB33
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 緒論9-23
• 1.1 超級(jí)電容器9-16
• 1.1.1 超級(jí)電容器的研究背景及意義10-11
• 1.1.2 超級(jí)電容器的發(fā)展概述11-12
• 1.1.3 超級(jí)電容器電極材料的分類12-14
• 1.1.4 超級(jí)電容器電的應(yīng)用前景14-16
• 1.2 石墨烯16-21
• 1.2.1 石墨烯簡(jiǎn)介16-19
• 1.2.2 石墨烯的特點(diǎn)及在超級(jí)電容器中的應(yīng)用前景19-20
• 1.2.3 石墨烯基復(fù)合材料20-21
• 1.3 本論文研究的內(nèi)容及意義21-23
• 第2章 實(shí)驗(yàn)部分23-31
• 2.1 實(shí)驗(yàn)儀器與試劑23-24
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)儀器23
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)耗材及規(guī)格23-24
• 2.1.3 實(shí)驗(yàn)試劑24
• 2.2 材料制備24-27
• 2.2.1 氧化石墨烯（GO）的制備與提純24-25
• 2.2.2 石墨烯薄膜的制備25
• 2.2.3 石墨烯薄膜超級(jí)電容器的組裝25
• 2.2.4 石墨烯/PEDOT復(fù)合薄膜的制備25-26
• 2.2.5 石墨烯/PEDOT復(fù)合薄膜超級(jí)電容器的組裝26
• 2.2.6 固態(tài)電解質(zhì)的制備26
• 2.2.7 全固態(tài)超級(jí)電容器的組裝26-27
• 2.3 材料結(jié)構(gòu)表征27-31
• 2.3.1 結(jié)構(gòu)與形貌表征27
• 2.3.2 MB吸附法測(cè)量石墨烯薄膜比表面積27-28
• 2.3.3 工作電極與超級(jí)電容器件的制備及電化學(xué)表征28-29
• 2.3.4 電容量的計(jì)算29-31
• 第3章 基于石墨烯薄膜超級(jí)電容器的研究31-43
• 3.1 引言31
• 3.2 石墨烯薄膜結(jié)構(gòu)的表征及分析31-36
• 3.2.1 SEM分析31-33
• 3.2.2 XRD分析33
• 3.2.3 AFM分析33-34
• 3.2.4 XPS和Raman分析34-36
• 3.3 石墨烯薄膜電化學(xué)測(cè)試及分析36-39
• 3.3.1 CV測(cè)試及分析36-37
• 3.3.2 恒流充放電測(cè)試及分析37
• 3.3.3 EIS測(cè)試及分析37-39
• 3.3.4 穩(wěn)定性測(cè)試及分析39
• 3.4 單位面積質(zhì)量對(duì)rGO超級(jí)電容器電化學(xué)性能的影響39-41
• 3.5 本章小結(jié)41-43
• 第4章 基于石墨烯/PEDOT復(fù)合薄膜超級(jí)電容器的研究43-57
• 4.1 引言43-47
• 4.1.1 PEDOT的特點(diǎn)45-46
• 4.1.2 PEDOT作為超級(jí)電容器電極材料的優(yōu)劣勢(shì)46-47
• 4.1.3 本課題的研究思路47
• 4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析47-54
• 4.2.1 石墨烯/PEDOT復(fù)合薄膜的制備47-48
• 4.2.2 GO與PEDOT/PSS組分對(duì)復(fù)合薄膜電化學(xué)性能的影響48-52
• 4.2.3 還原條件對(duì)復(fù)合薄膜電化學(xué)性能的影響52-53
• 4.2.4 全固態(tài)超級(jí)電容器測(cè)試53-54
• 4.3 本章小結(jié)54-57
• 結(jié)論57-59
• 參考文獻(xiàn)59-67
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文67-69
• 致謝69

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