【摘要】：超級(jí)電容器作為一種性能優(yōu)異的能量儲(chǔ)存器件,受到了越來越多的關(guān)注。石墨烯由于比表面積大,孔徑均勻,導(dǎo)電性好,機(jī)械性能穩(wěn)定等特點(diǎn),成為用作超級(jí)電容器的重要電極材料。石墨烯的片層結(jié)構(gòu)易堆垛且表面疏水,不利于提高電極性能。因此本論文從結(jié)構(gòu)調(diào)控,摻雜,高溫穩(wěn)定性和負(fù)載四方面對提高多孔石墨烯作為超級(jí)電容器電極的性能進(jìn)行了研究,主要內(nèi)容如下:(1)以硫酸鎂晶須作為模板和硫源,乙烯為碳源,氨氣為氮源,采用化學(xué)氣相沉積法,制備出硫氮雙摻雜石墨烯晶須(SNGF)。該材料具有纖維狀多孔結(jié)構(gòu),S、N成功摻入石墨烯晶格網(wǎng)絡(luò)中;具有較好的導(dǎo)電性,因此比容量更高(0.25A/g時(shí)的比容量為311F/g),倍率性能較好,循環(huán)穩(wěn)定性良好,能量密度和功率密度較高。(2)將采用片狀多孔氧化鎂為模板,甲烷在900℃裂解得到的石墨烯與單質(zhì)硫進(jìn)行機(jī)械混合加熱,制備硫修飾石墨烯(S@G)。S@G保持了石墨烯多孔多褶皺的片狀形貌,硫含量高達(dá)2.37 atom%,導(dǎo)電性和親水性更好;硫摻雜量為5%的石墨烯樣品具有更高的比容量(0.25A/g時(shí)的比容量為257 F/g),較好的倍率性能,優(yōu)異的循環(huán)性能。(3)乙烯在680℃裂解得到的石墨烯分別不帶模板和帶模板于不同的溫度下煅燒。不帶模板的石墨烯經(jīng)過高溫煅燒,片層結(jié)構(gòu)被破壞,超級(jí)電容器電極性能下降;帶模板的石墨烯經(jīng)過高溫煅燒,片層結(jié)構(gòu)保留較好,比表面積增大,在電化學(xué)測試中,900℃下煅燒的石墨烯比容量增大(0.25A/g電流下275 F/g),并且具有較好的倍率性能和循環(huán)性能,功率密度和能量密度增大。(4)將未烘干的石墨烯與Ni(NO_3)_2溶液浸漬后煅燒,得到負(fù)載NiO的石墨烯(NiO@G)。NiO與石墨烯成功復(fù)合,NiO負(fù)載量為42%的樣品(NiO@G-3)具有更高的比容量(1A/g時(shí)的比容量為138 F/g),NiO@G-3與NMG組成的非對稱電容器具有較好的倍率性能,循環(huán)性能,以及高能量密度和功率密度。
【學(xué)位授予單位】：中國石油大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM53;TQ127.11
【圖文】：

和化石能源的有限利用率嚴(yán)重影響了全球經(jīng)濟(jì)和生備的需求迅速增加和電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，大，還需要滿足在大功率下運(yùn)行的條件。超級(jí)電容器環(huán)性能好（>100000 圈）、原理簡單等優(yōu)點(diǎn)[11-13]， 中比較了幾種能量轉(zhuǎn)化和儲(chǔ)存設(shè)備的能量密度和功面均有不錯(cuò)的表現(xiàn)。同傳統(tǒng)電容器相比，超級(jí)電容因此，超級(jí)電容器有可能能夠解決新時(shí)期能量儲(chǔ)存主要應(yīng)用于家用電子產(chǎn)品、記憶型電容系統(tǒng)以及工電容器還在一些新領(lǐng)域有應(yīng)用，比如因?yàn)槠浒踩? 的緊急出口。另一個(gè)最有前景的應(yīng)用方向是用于領(lǐng)域中，超級(jí)電容器作為一種高功率密度的臨時(shí)能量密度的存儲(chǔ)設(shè)備或者燃料電池一起工作，超級(jí)電的重要性。

.2（a）RuO2多孔薄膜[39]，（b）RuO2納米線[40]，（c）RuO2納米片層[41]，（d）納米管[42]。Fig. 1.2 (a) RuO2porous films, (b) RuO2nanorods, (c) RuO2nanosheets, and (d) RuOnanotubes.盡管無定形 RuO2的容量高，倍率性能好，但是它造價(jià)高，資源稀缺而且害，這嚴(yán)重制約了在電容器方面的進(jìn)一步商業(yè)化應(yīng)用。近年來，人們開始找能夠替代 RuO2的，相對便宜的，對環(huán)境溫和的材料，比如 MnO2，NO4，V2O5等[29, 47-49]。② 導(dǎo)電聚合物導(dǎo)電聚合物因造價(jià)低，環(huán)境友好，導(dǎo)電性好以及容量高，成為另一用于超的材料。導(dǎo)電聚合物的贗電容來源于聚合物網(wǎng)絡(luò)中 π 共軛雙鍵的可逆氧應(yīng)。用于超級(jí)電容器的導(dǎo)電聚合物通常是聚苯胺（PANI），聚吡咯（PP吩（PTh）以及它們的相關(guān)衍生物。由于它們導(dǎo)電性較差，因此比容量遠(yuǎn)值，無法滿足實(shí)際需求。此外，導(dǎo)電聚合物在充放電過程中的膨脹和收縮

中國石油大學(xué)（北京）博士學(xué)位論文級(jí)電容器的電極材料。盡管如此，它們的實(shí)際應(yīng)該還由于能種程度上的限制，控制孔徑分布和孔結(jié)構(gòu)依然是一大挑戰(zhàn)心設(shè)計(jì)的PSD的ACs，減小空隙曲率，使孔結(jié)構(gòu)相互連接，減學(xué)性質(zhì)，促進(jìn)離子傳輸，在不耗損功率密度的前提下提高能然是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。炭提供了另一種制備納米結(jié)構(gòu)碳材料的有效方法，這種方法可控且窄，孔結(jié)構(gòu)有序，比表面積大，孔隙網(wǎng)絡(luò)相互連通，前途的超級(jí)電容器的電極材料。通過模板技術(shù)制備有序納是一項(xiàng)顯著的進(jìn)步[123]。通常，制備模板炭的步驟如下：將的模板中，碳化處理，除去模板，得到多孔碳。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 劉峰,向蘭,金涌;水熱法制備堿式硫酸鎂晶須的過程機(jī)制[J];無機(jī)材料學(xué)報(bào);2004年04期

本文編號(hào)：2789515