本文關(guān)鍵詞：煤基石墨烯宏觀體及其復合材料的制備與電化學性能研究

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【摘要】：超級電容器具有綠色環(huán)保、比能量大、比功率高等優(yōu)點,是具有良好發(fā)展前景的儲能器件之一,其電極材料的結(jié)構(gòu)與性能是決定超級電容器性能的關(guān)鍵。本論文以煤基氧化石墨烯(CGO)為原料,采用水熱自組裝方法制備煤基石墨烯宏觀體,并通過MnO2和PANI的復合改性制備新型電極材料。論文重點探究了電極材料結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系,研究工作對超級電容器新型電極材料制備開發(fā)和煤的功能材料化轉(zhuǎn)化有一定的理論指導意義。主要創(chuàng)新性結(jié)果如下:以太西煤為原料制備的CGO為前驅(qū)體,采用水熱自組裝方法制備了煤基石墨烯宏觀體(3D-CG),利用FT-IR、XRD、Raman、SEM和TEM等分析手段表征了其組成結(jié)構(gòu),研究了常見水系電解液對煤基石墨烯宏觀體的超級電容特性的影響。結(jié)果表明:3DCG為石墨烯片層無序連接自支撐的多孔三維結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)能夠有效抑制石墨烯在應(yīng)用過程中的團聚;在6 M KOH堿性電解液體系和1 M H2SO4酸性電解液體系,用3DCG作為超級電容器的電極材料,發(fā)現(xiàn)該電極材料在兩種溶劑中均具有雙電層電容和贗電容兩種效應(yīng),比電容分別為為248.41 F/g和256.25 F/g;在1 M Na2SO4中性電解液中,3D-CG電極僅有雙電層電容效應(yīng),比電容僅有149.52 F/g。以氯化錳、二氧化錳和CGO為原料,采用水熱自組裝法制備了MnO2/石墨烯宏觀體復合材料(3D-MnCG),通過XRD、SEM、TEM和Roman等手段對其結(jié)構(gòu)進行了表征。利用循環(huán)伏安、恒流充放電、交流阻抗等電化學方法測試了3D-MnCG的電化學性能。結(jié)果表明:MnO2粒子以無定形態(tài)均勻地分布在3D-MnCG的石墨烯片層及其邊緣上;當氧化石墨烯質(zhì)量占60 wt%時,3D-MnCG的電化學性能最佳,首次充放電比電容可高達180.12 F/g;1000次充放電循環(huán)后的比容量為首次充放電比容量的86.9%。以聚苯胺和CGO為前驅(qū)體,通過水熱自組裝法制備PANI/石墨烯宏觀體復合材料(3D-PCG),采用FT-IR、XRD、Raman、SEM和TEM等方法分析了其組成結(jié)構(gòu),通過電化學測試手段研究了復合電極材料的電化學性能。研究結(jié)果表明:聚苯胺以納米棒狀結(jié)構(gòu)均勻鑲嵌到3D-PCG的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中;聚苯胺與3D-CG質(zhì)量比為1:2時,復合材料的電化學性質(zhì)優(yōu)于PANI和3D-CG,比電容可達663.23 F/g。
【關(guān)鍵詞】：石墨烯 三維 電極材料 電化學性能 復合材料
【學位授予單位】：西安科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ127.11;TB332
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 主要符號一覽表8-9
• 1 緒論9-20
• 1.1 研究背景及意義9-10
• 1.2 超級電容器10-13
• 1.2.1 超級電容器的歷史沿革10-11
• 1.2.2 超級電容器的電極材料11-13
• 1.3 石墨烯及其宏觀材料13-17
• 1.3.1 石墨烯及其宏觀體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)13-15
• 1.3.2 一維石墨烯纖維的制備15
• 1.3.3 二維石墨烯膜的制備15-16
• 1.3.4 三維石墨烯宏觀體的制備16-17
• 1.4 石墨烯及其宏觀材料在超級電容器中的應(yīng)用17-18
• 1.5 煤基石墨烯的發(fā)展現(xiàn)狀18
• 1.6 研究內(nèi)容及技術(shù)路線18-20
• 1.6.1 研究思路及研究內(nèi)容18-19
• 1.6.2 技術(shù)路線19-20
• 2 實驗部分20-25
• 2.1 主要化學試劑和儀器設(shè)備20-21
• 2.1.1 化學試劑20
• 2.1.2 儀器設(shè)備20-21
• 2.2 實驗方法21-22
• 2.2.1 煤基氧化石墨烯的制備21
• 2.2.2 煤基石墨烯宏觀體的制備21
• 2.2.3 MnO_2/煤基石墨烯宏觀體復合材料的制備21-22
• 2.2.4 PANI/煤基石墨烯宏觀體復合材料的制備22
• 2.2.5 工作電極的制備22
• 2.3 結(jié)構(gòu)組成分析與表征22-23
• 2.3.1 紅外光譜分析（FT-IR）22
• 2.3.2 X射線衍射分析（XRD）22-23
• 2.3.3 拉曼光譜分析（Roman）23
• 2.3.4 熱重分析（TGA）23
• 2.3.5 比表面積分析（BET）23
• 2.3.6 掃描電子顯微鏡（SEM）23
• 2.3.7 透射電鏡分析（TEM）23
• 2.4 性能分析與表征23-25
• 2.4.1 電導率測試23-24
• 2.4.2 循環(huán)伏安測試24
• 2.4.3 恒電流充放電測試24
• 2.4.4 交流阻抗法測試24-25
• 3 煤基石墨烯宏觀體的制備及其電化學性能研究25-33
• 3.1 引言25
• 3.2 3D-CG的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)研究25-29
• 3.3 在水系電解液中 3D-CG的電化學性能29-31
• 3.4 本章小結(jié)31-33
• 4 MnO_2/煤基石墨烯宏觀體復合材料的制備及其電化學性能研究33-40
• 4.1 引言33
• 4.2 3D-MnCG的組成及結(jié)構(gòu)33-36
• 4.3 3D-MnCG的超級電容特性36-39
• 4.4 本章小結(jié)39-40
• 5 PANI/煤基石墨烯宏觀體復合材料的制備及其電化學性能研究40-46
• 5.1 引言40
• 5.2 3D-PCG的組成及結(jié)構(gòu)40-43
• 5.3 3D-PCG的超級電容特性43-45
• 5.4 本章小結(jié)45-46
• 6 結(jié)論與展望46-48
• 6.1 結(jié)論46
• 6.2 展望46-48
• 致謝48-49
• 參考文獻49-54
• 附錄54

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張亞婷;張曉欠;劉國陽;司云鵬;云卉;周安寧;;神府煤制備超細石墨粉[J];化工學報;2015年04期

2 周國s，

本文編號：855615