本文關(guān)鍵詞：基于石墨烯基炭氣凝膠的鋰離子電容器研究

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【摘要】：作為一種新型的高性能儲能裝置,鋰離子電容器(LIC)由于展現(xiàn)出了比超級電容器更高的能量密度和比鋰離子電池更高的功率密度,兼具了二者的雙重優(yōu)點,因此近年來受到了研究者的廣泛關(guān)注。眾所周知,儲能器件的性能主要取決于電極材料,因此開發(fā)新的電極材料或者是對已有電極材料進(jìn)行改性,已經(jīng)成為當(dāng)前的研究熱點。石墨烯基炭氣凝膠由于具有連續(xù)的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、發(fā)達(dá)的孔隙率以及優(yōu)異的導(dǎo)電導(dǎo)熱性等特點,所以常常被開發(fā)應(yīng)用于雙電層電容器�；诖�,本課題從LIC多孔炭正極材料入手,期望通過對石墨烯基炭氣凝膠進(jìn)行改性處理后,得到比表面積高、孔徑結(jié)構(gòu)豐富的電極材料,并將其與制備的納米片狀鈦酸鋰(LTO)分別作為正負(fù)極,組裝得到性能優(yōu)異的LIC。主要的研究成果如下：1、通過溶膠-凝膠法合成了石墨烯基炭氣凝膠(GA),并對其進(jìn)行了不同比例的KOH活化處理。結(jié)果表明,經(jīng)過KOH活化后,在材料的表面產(chǎn)生了豐富的孔隙結(jié)構(gòu),其比表面積顯著增大,并且隨著KOH比例的增大,比表面積也逐步增大。當(dāng)KOH與GA的活化比例為4時,其電化學(xué)性能最優(yōu),半電池比容量相比活化之前提高了將近2.5倍,達(dá)到51.8mAh g-1,與LTO分別作為正負(fù)極材料組裝成LIC后,測得其最大能量密度能達(dá)到55.8Wh kg-1。2、利用三聚氰胺和GA復(fù)合制備出氮摻雜石墨烯基復(fù)合炭氣凝膠(NGA),并對其進(jìn)行KOH活化處理。實驗結(jié)果表明,經(jīng)過一定比例的氮摻雜之后再進(jìn)行KOH活化,可以顯著的改善其孔隙結(jié)構(gòu),增大中孔所占的比表面積。同時,與a-GA-4半電池測試結(jié)果對比可知,在進(jìn)行氮摻雜之后再活化,其半電池比容量由51.8mAh g-1增大到76mAh g-1,與LTO匹配組裝成的LIC最大能量密度能達(dá)到70.2Whkg-1。這些結(jié)果表明大量的小中孔有利于電解液在材料內(nèi)部的擴(kuò)散,使得材料當(dāng)中的微孔被充分利用,從而形成了更多的雙電層,比容量隨之增大,因此得到了性能更優(yōu)的LIC。3、通過CO2活化法對GA內(nèi)部結(jié)構(gòu)和表面形貌進(jìn)行了改性處理,研究了CO2的不同通氣速率對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明,CO2活化主要是增加材料表面的微孔和小中孔數(shù)量,并未對材料的主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。當(dāng)CO2的通氣速率為120mL/min時,活化所得樣品的半電池比容量可以達(dá)到69.6 mAh g-1,將其與LTO分別作為正負(fù)極組裝成LIC后,測得最大能量密度能達(dá)到66.8Wh kg-1。
【關(guān)鍵詞】：鋰離子電容器 石墨烯 炭氣凝膠 KOH活化 氮摻雜 CO_2活化
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ427.26;TM53
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 第一章 緒論15-27
• 1.1 引言15-16
• 1.2 鋰離子電容器的工作原理16-21
• 1.2.1 超級電容器的工作原理16-18
• 1.2.2 鋰離子電池的工作原理18-20
• 1.2.3 鋰離子電容器的工作原理20-21
• 1.3 鋰離子電容器的特點及應(yīng)用范圍21-22
• 1.3.1 鋰離子電容器的特點21
• 1.3.2 鋰離子電容器的應(yīng)用范圍21-22
• 1.4 鋰離子電容器電極材料22-25
• 1.4.1 鋰離子電容器正極材料22-24
• 1.4.2 鋰離子電容器負(fù)極材料24-25
• 1.5 本課題的選題依據(jù)及研究內(nèi)容25-27
• 1.5.1 課題的選題依據(jù)25-26
• 1.5.2 課題的研究內(nèi)容26-27
• 第二章 實驗用藥品儀器及測試方法27-33
• 2.1 主要原材料及測試儀器27-29
• 2.1.1 實驗所用試劑及原材料27-28
• 2.1.2 實驗所用儀器設(shè)備28-29
• 2.2 材料的形貌結(jié)構(gòu)表征手段29
• 2.2.1 掃描電子顯微鏡(SEM)29
• 2.2.2 X射線衍射(XRD)29
• 2.2.3 X射線光電子能譜(XPS)29
• 2.2.4 比表面積和孔徑分布(BET)29
• 2.3 電極片的制備29-30
• 2.4 半電池和電容器的組裝30
• 2.5 電化學(xué)性能測試30-33
• 2.5.1 恒流充放電測試30
• 2.5.2 循環(huán)伏安法測試30-33
• 第三章 KOH活化石墨烯基炭氣凝膠的制備及其電化學(xué)性能研究33-47
• 3.1 引言33-34
• 3.2 實驗34-36
• 3.2.1 氧化石墨烯的制備34
• 3.2.2 石墨烯基炭氣凝膠的制備34-35
• 3.2.3 KOH活化處理石墨烯基炭氣凝膠35
• 3.2.4 鈦酸鋰的制備35-36
• 3.3 結(jié)果與討論36-45
• 3.3.1 氧化石墨烯的形貌結(jié)構(gòu)表征36-37
• 3.3.2 GA和a-GA-x的形貌分析37-38
• 3.3.3 GA和a-GA-x的結(jié)構(gòu)分析38
• 3.3.4 GA和a-GA-x的比表面積及孔徑分析38-40
• 3.3.5 GA和a-GA-x半電池的電化學(xué)性能測試40-41
• 3.3.6 鈦酸鋰的分析41-43
• 3.3.7 a-GA-4/a-GA-4和a-GA-4/LTO的電化學(xué)性能測試43-45
• 3.4 本章小結(jié)45-47
• 第四章 KOH活化氮摻雜石墨烯基炭氣凝膠的制備及其電化學(xué)性能研究47-57
• 4.1 引言47-48
• 4.2 實驗48
• 4.2.1 氮摻雜石墨烯基炭氣凝膠的制備48
• 4.2.2 KOH活化處理氮摻雜石墨烯基炭氣凝膠48
• 4.3 結(jié)果與討論48-56
• 4.3.1 NGA和a-NGA的形貌分析48-49
• 4.3.2 NGA和a-NGA的結(jié)構(gòu)分析49-50
• 4.3.3 NGA和a-NGA的X射線光電子能譜分析50-51
• 4.3.4 NGA和a-NGA的比表面積及孔徑分析51-52
• 4.3.5 NGA和a-NGA半電池的電化學(xué)性能測試52-53
• 4.3.6 a-NGA/a-NGA和a-NGA/LTO的電化學(xué)性能測試53-56
• 4.4 本章小結(jié)56-57
• 第五章 CO_2活化石墨烯基炭氣凝膠的制備及其電化學(xué)性能研究57-67
• 5.1 引言57-58
• 5.2 實驗58-59
• 5.2.1 石墨烯基炭氣凝膠的制備58
• 5.2.2 CO_2活化處理石墨烯基炭氣凝膠58-59
• 5.3 結(jié)果與討論59-66
• 5.3.1 樣品的形貌分析59-60
• 5.3.2 樣品的結(jié)構(gòu)分析60-61
• 5.3.3 樣品的比表面積及孔徑分析61-62
• 5.3.4 樣品的半電池的電化學(xué)性能測試62-64
• 5.3.5 CO_2-0.5GA-60/LTO和CO_2-0.5GA-120/LTO的電化學(xué)性能測試64-66
• 5.4 本章小結(jié)66-67
• 第六章 全文總結(jié)67-69
• 參考文獻(xiàn)69-75
• 致謝75-77
• 研究成果及發(fā)表論文77-79
• 作者和導(dǎo)師簡介79-81
• 附件81-82

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 鄭宗敏;張鵬;閻興斌;;鋰離子混合超級電容器電極材料研究進(jìn)展[J];科學(xué)通報;2013年31期

2 PING LiNa;ZHENG JiaMing;SHI ZhiQiang;QI Jie;WANG ChengYang;;Electrochemical performance of MCMB/(AC+LiFePO_4) lithium-ion capacitors[J];Chinese Science Bulletin;2013年06期

3 盛文;;混合動力車用鋰離子電容器的開發(fā)[J];汽車與配件;2011年35期

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本文編號：905257