構建和制造高功率和高能量密度、長壽命、綠色無污染的新型電化學能源系統(tǒng)對現(xiàn)代社會的發(fā)展具有重要意義。傳統(tǒng)的儲能設備主要包括電池和超級電容器,但是它們各自的缺陷限制了其進一步發(fā)展,例如電池的功率密度低和循環(huán)穩(wěn)定性差,超級電容器的能量密度低。超級電容器-電池型混合超級電容器（SBHSC）是一種典型的由高倍率電容型電極和大容量電池型電極構成的儲能器件,由于兼具電池和超級電容器的優(yōu)點而受到廣泛關注。水系鋅離子混合超級電容器（ZHSC）作為其中的一種,以其高性能、低成本、安全環(huán)保等優(yōu)點成為目前研究的熱點之一。ZHSC的發(fā)展不僅取決于合適的電極材料,還取決于優(yōu)越的儲能系統(tǒng)結(jié)構。因此,需要對這兩方面進行更深入的研究,以進一步提高ZHSC的性能,滿足人們在儲能領域的需求。本文兩個工作的具體內(nèi)容如下:（1）這個工作以三維多孔還原氧化石墨烯（rRO）氣凝膠為骨架,制備了MXene-還原氧化石墨烯（MXene-rRO）氣凝膠。具有獨特多孔骨架結(jié)構的MXene-rRO氣凝膠不僅在很大程度上阻止了MXene納米片的堆積,而且賦予了該氣凝膠高親水性和良好的導電性。首次采用多孔三維MXene-rRO氣凝膠正極、鋅箔負... 

【文章來源】：安徽大學安徽省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

SBTHSCs的一般儲能機理和器件結(jié)構

安徽大學碩士學位論文19圖3.1MXene-rGO氣凝膠的合成工藝及MXene-rGO//ZnSO4//ZnZHSC的原理圖。（a）MXene納米片和（b）MXenerGO氣凝膠的合成過程示意圖。（c）MXene-rGO//ZnSO4//ZnZHSC原理圖。Figure3.1SynthesisprocedureoftheMXene-rGOaerogelsandschematicdiagramoftheMXene-rGO//ZnSO4//ZnZHSC.Illustrationofthesynthesisprocedureof(a)MXenenanosheetsand(b)MXene-rGOaerogels.(c)SchematicdiagramofMXene-rGO//ZnSO4//ZnZHSC.在制備MXene-rGO氣凝膠正極之前，需要成功合成GO和MXene納米片，并用一系列表征來驗證。首先，我們對GO和MXene納米片做了TEM分析，便于觀測微觀下納米片的形貌、尺寸以及通過相關的選區(qū)電子衍射（SAED）分析其一些晶體學性質(zhì)。GO納米片的TEM和SAED如圖3.2（a）所示。TEM圖像中的GO納米片呈現(xiàn)出透明狀態(tài)，說明了GO樣品非常保GO的SAED衍射圖為六角衍射斑，表明了GO樣品具有較完整的晶體結(jié)構[107]。MXene納米片的TEM圖像如圖3.2（b）所示，也顯示出了透明狀態(tài)。圖3.2（b）中對應的SAED為一個典型的六邊形衍射點，和之前的文獻報道的一致，說明了單晶MXene納米片制備的成功。隨后應用AFM測量了MXene納米片厚度大小，MXene納米片的厚度約為1.51納米，如圖3.2（c）中AFM圖像所示，厚度與文獻報道的差距不大。圖3.2（d）展示了一束紅色激光透過了GO和MXene分散液。這種丁達爾效應說明GO和MXene納米片在水中具有良好的分散性，有利于制備電極材料。不同放大倍數(shù)下的rGO氣凝膠的SEM圖像如圖3.2（e、f）所示。rGO氣凝膠具有三維多孔層狀結(jié)構，孔徑大小為10-30微米。圖3.2（g）顯示了MXene-rGO2氣凝膠的SEM圖，該氣凝膠呈現(xiàn)出多孔漁網(wǎng)結(jié)構，其孔徑要（2-5微米）比rGO氣凝膠的小得多，說明了MXene-rGO2與電解質(zhì)接觸?

第三章MXene-還原氧化石墨烯氣凝膠應用于超長循環(huán)壽命的水系鋅離子混合超級電容器20膠對應的元素面掃描圖如圖3.2（h）所示，其中C和O元素來自MXene和rGO，Ti元素來自MXene。從元素面掃描圖譜中可以得出結(jié)論，MXene納米片均勻地附著在rGO上，這大大提高了MXene-rGO2氣凝膠的導電性和親水性。圖3.2（i）所示為MXene-rGO2氣凝膠在沒有其他支撐物的情況下能夠立在一片葉子上，說明了氣凝膠的重量輕的特點，這也是氣凝膠三維多孔的內(nèi)部結(jié)構所導致的特點。圖3.2MXene-rGO//ZnSO4//ZnZHSC正極材料的表征。（a）GO和（b）MXene納米片的TEM圖像（插圖是相應的SAED圖）。（c）MXene納米片AFM圖像及其插圖為相應的高度分布。（d）GO（左）和MXene（右）水分散液圖。（e、f）不同放大倍數(shù)下rGO氣凝膠的SEM圖。（g、h）MXene-rGO2氣凝膠的SEM和元素面掃描圖。（i）MXene-rGO2氣凝膠立于一片葉子上。Figure3.2CharacterizationofthecathodematerialsofMXene-rGO//ZnSO4//ZnZHSC.TheTEMimagesof(a)GOand(b)MXenenanosheets(insetsarethecorrespondingSAEDpatterns).(c)AFMimageofMXenenanosheetandtheinsetiscorrespondingheightprofile.(d)PhotographoftheGO(left)andMXene(right)inwaterdispersion.(e,f)SEMimagesoftherGOaerogelwithdifferentmagnifications.(g,h)SEMandelementalmappingimagesoftheMXene-rGO2aerogel.(i)MXene-rGO2aerogelstandingonapieceofleaf.為了分析所制備材料的結(jié)構，先對其進行了XRD分析。Ti3AlC2粉末、GO粉末、

【參考文獻】：
期刊論文
[1]A New Free?Standing Aqueous Zinc?Ion Capacitor Based on MnO2–CNTs Cathode and MXene Anode[J]. Siliang Wang,Qiang Wang,Wei Zeng,Min Wang,Limin Ruan,Yanan Ma.  Nano-Micro Letters. 2019(04)



本文編號：3603559