發(fā)布時間：2018-05-18 14:41

  本文選題：電化學電容器 + 石墨烯納米纖維�。� 參考：《蘭州大學》2014年博士論文

【摘要】：電化學電容器(Electrochemical capacitor, EC)又被稱作超級電容器(Supercapacitor),具有高功率密度、可快速充放電、高效、長壽命和免維護等優(yōu)點,被認為是傳統(tǒng)電容器和電池的替代者。但是傳統(tǒng)的電極材料在比表面積和孔洞分布方面的不足制約了超級電容器能量密度的提高。本論文針對EC電極材料結(jié)構(gòu)所存在的問題,分別用冷凍干燥和化學氣相沉積(CVD)法制備了電容器的電極材料并進行研究,主要工作如下： 1、通過冷凍干燥的方法制備了三維石墨烯結(jié)構(gòu),同時用真空抽濾氧化石墨烯分散液的方法制備了石墨烯紙,并分別對這兩種結(jié)構(gòu)的電化學性能進行了測試和比較,發(fā)現(xiàn)冷凍干燥制備的三維石墨烯具有更高的質(zhì)量比容量(150F/g,2mV/s)和大電流充放電特性(90F/g,200mV/s)。此外,通過制備石墨烯/碳納米管的復合紙狀結(jié)構(gòu),并對不同碳納米管含量下復合材料的電化學性能進行了表征,我們發(fā)現(xiàn)在石墨烯和碳納米管的質(zhì)量比為1：1時得到的復合結(jié)構(gòu)具有最佳的電容表現(xiàn)(108F/g,2mV/s;65F/g,200m V/s),這說明碳納米管的摻入提高了電極導電性并且改善了離子在電極內(nèi)部的輸運。本部分主要為前期的探索性工作,旨在為后續(xù)的三維結(jié)構(gòu)制備打下實驗基礎。 2、通過微波輻照和改變?nèi)芤弘x子強度這兩種方法的共同作用制備出了氧化石墨烯納米纖維,然后用冷凍干燥的方法得到三維結(jié)構(gòu),最后用化學還原法制備出石墨烯納米纖維基的三維結(jié)構(gòu)。我們通過對實驗結(jié)果的分析提出了一種可能的基于靜電力誘導的石墨烯納米片(G-NS)向石墨烯納米纖維(G-NF)轉(zhuǎn)變的機理。在這一形成過程中,微波輻照起著至關重要的誘導作用,氧化石墨烯納米片首先在微波的作用下發(fā)生邊緣卷曲,然后由于加鹽導致的離子強度的改變促進了這一卷曲過程的進行。這種纖維基結(jié)構(gòu)的多孔性和良好的導電性,使得MnO2/G-NF的復合結(jié)構(gòu)相比于MnO2/G-NS的復合結(jié)構(gòu)具有更好的電容性能。電化學測試結(jié)果也顯示出MnO2/G-NF復合結(jié)構(gòu)上活性物質(zhì)的比電容要比MnO2/G-NS復合結(jié)構(gòu)的高出43%,此外,MnO2/G-NF復合結(jié)構(gòu)全電極的比電容幾乎是MnO2/G-NS復合電極的兩倍。這種由石墨烯納米纖維構(gòu)成的新型的三維結(jié)構(gòu)顯示出了優(yōu)異的性能,這將使其在高性能催化劑、傳感器和儲能系統(tǒng)中具有很大的潛在應用。 3、我們制備了一種基于石墨烯紙和碳納米管的具有相互連通孔洞的三維自支撐結(jié)構(gòu),并在這種三維骨架上負載了Mn02納米柱,最后將這種三維復合結(jié)構(gòu)制成了超輕且柔性的超級電容器。這一三維復合結(jié)構(gòu)由于具有非常好的導電性、柔性和機械性能,使其在封裝成電容器時不需要集流體和支撐材料。通過恒流充放電測試發(fā)現(xiàn)這一電極具有高達360F/g的比電容。此外,我們將這種電極進行對稱組裝后得到的超級電容器具有優(yōu)良的電化學表現(xiàn)(面密度小于4mg/cm2,并且厚度小于30μm),其能量密度最高能達到10Wh/kgo這一良好表現(xiàn)使其能作為柔性和超輕超級電容器的備選電極以及在對質(zhì)量和柔性具有特殊要求的能量儲存系統(tǒng)當中有著廣闊的前景。
[Abstract]:An electrochemical capacitor ( EC ) is also called a Supercapacitor , which has the advantages of high power density , fast charge - discharge , high efficiency , long service life and maintenance - free .

1 . The three - dimensional graphene structure was prepared by freeze - drying . The graphene paper was prepared by vacuum filtration of graphene oxide dispersion , and the electrochemical properties of these two structures were tested and compared . It was found that the three - dimensional graphene prepared by freeze drying had higher mass specific capacity ( 150F / g , 2mV / s ) and large current charge - discharge characteristics ( 90F / g , 200mV / s ) . In addition , through the preparation of the composite paper - like structure of graphene / carbon nanotubes , the electrochemical properties of the composite materials under different carbon nanotube content were characterized . We found that the composite structure obtained when the mass ratio of graphene and carbon nanotubes was 1 : 1 had the best capacitance performance ( 108F / g , 2mV / s ; 65F / g , 200m V / s ) , which indicates that the incorporation of the carbon nanotubes improves the conductivity of the electrode and improves the transport of the ions inside the electrode .

2 . The graphene oxide nanofibers are prepared by the co - action of the two methods of microwave irradiation and changing the ionic strength of the solution , and then the three - dimensional structure of the graphene nano - fiber group is prepared by a freeze - drying method .

3 . We have prepared a three - dimensional self - supporting structure with interconnected pores based on graphene paper and carbon nanotubes , and the Mn02 nano - column is loaded on the three - dimensional skeleton , and finally , the three - dimensional composite structure is made into an ultra - light and flexible super capacitor .
【學位授予單位】：蘭州大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM53

【參考文獻】

相關期刊論文 前1條

1 潘孝軍;張振興;賈璐;李暉;謝二慶;;濺射制備非晶氮化鎵薄膜的光學性能[J];無機材料學報;2007年04期

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本文編號：1906218