本文關(guān)鍵詞：石墨烯基納米復(fù)合薄膜電極材料制備及其電容性質(zhì)研究

  更多相關(guān)文章： 石墨烯 二氧化錳 聚吡咯 石墨烯基復(fù)合薄膜電極 電容

【摘要】：石墨烯具有導(dǎo)電性好、比表面積大及力學(xué)強度高等優(yōu)點,是最理想的電化學(xué)電容器電極材料之一。但是,石墨烯易團聚和比電容較低等缺點,大大限制了其在眾多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。因此,研究和開發(fā)具有更高比容量、長循環(huán)壽命及無粘結(jié)劑石墨烯基復(fù)合電極材料具有十分重要的意義。此外,隨著微機電系統(tǒng)、無線傳感網(wǎng)絡(luò)、便攜式電子設(shè)備、嵌入式健康監(jiān)控設(shè)備及柔性顯示器等的廣泛應(yīng)用,人類對儲能器件的要求越來越高。對于能量存儲器件不僅要具有高的能量密度、高的功率密度和長循環(huán)壽命,而且要滿足安全、超薄、柔軟、質(zhì)輕、廉價及微型化等要求。因此,設(shè)計和制備柔性電極材料已成為儲能材料研究領(lǐng)域的熱點之一。本論文采用抽濾自組裝技術(shù),制備了石墨烯基納米復(fù)合薄膜電極材料。全文包括四章,第1章(緒論)論述了電化學(xué)電容器電極材料的研究進展及面臨的挑戰(zhàn),石墨烯、二氧化錳和聚吡咯電極材料的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、應(yīng)用及改進手段,以及石墨烯基納米復(fù)合薄膜電極材料在電化學(xué)電容器領(lǐng)域的應(yīng)用,提出了本論文的選題目的及意義、研究內(nèi)容和創(chuàng)新點；第2、3章(實驗部分)采用抽濾自組裝技術(shù)制備了石墨烯基納米復(fù)合薄膜電極材料,并對其結(jié)構(gòu)、形貌及電容性質(zhì)進行了研究；第4章為全文結(jié)論部分。主要研究內(nèi)容為：(1)采用抽濾自組裝技術(shù)制備了石墨烯/二氧化錳納米球和石墨烯/二氧化錳納米層復(fù)合薄膜電極材料,研究了不同形貌二氧化錳對石墨烯基復(fù)合薄膜電極材料結(jié)構(gòu)、形貌及電化學(xué)性質(zhì)的影響。在-0.2-0.8 V的電壓范圍和1 M Na2SO4電解液中,采用三電極體系測試了石墨烯/二氧化錳納米球和石墨烯/二氧化錳納米層復(fù)合薄膜電極的電容性質(zhì)。當(dāng)石墨烯和二氧化錳的質(zhì)量比為2,掃速為5mVs-1時,石墨烯/二氧化錳納米球和石墨烯/二氧化錳納米層復(fù)合薄膜電極的比電容分別為446 F g-1和314 Fg-1。當(dāng)掃速為20 mV s-1時,石墨烯/二氧化錳納米球和石墨烯/二氧化錳納米層復(fù)合薄膜電極循環(huán)1000圈之后,其電容保持率分別為96%和95%。球形形貌二氧化錳均勻嵌插到石墨烯片層中間,能形成有利于電解質(zhì)離子擴散的多級孔道結(jié)構(gòu),進而提高了整個復(fù)合薄膜電極的電容性質(zhì)。(2)在制備石墨烯/二氧化錳納米球二元復(fù)合薄膜電極材料工作的基礎(chǔ)上,向該體系中引入了導(dǎo)電性優(yōu)異、比容量高及柔性好的聚吡咯材料,期待提高復(fù)合薄膜材料的比容量和柔性。采用抽濾自組裝技術(shù)制備了石墨烯/二氧化錳/聚吡咯三元復(fù)合薄膜電極材料,在保持石墨烯和二氧化錳納米球質(zhì)量比為2的基礎(chǔ)上,研究了不同用量聚吡咯對復(fù)合薄膜電極電容性質(zhì)的影響。在-0.4-0.6 V的電壓范圍和1M Na2SO4電解液中,采用三電極體系測試了石墨烯/二氧化錳/聚吡咯三元復(fù)合薄膜電極的電容性質(zhì)。當(dāng)石墨烯、二氧化錳和聚吡咯的質(zhì)量比為2：1：2和掃速為5 mVs-1時,石墨烯/二氧化錳/聚吡咯三元復(fù)合薄膜電極的比電容為682Fg-1。當(dāng)掃速為20 mV s-1時,石墨烯/二氧化錳/聚吡咯三元復(fù)合薄膜電極在循環(huán)1000圈之后,其電容保持率為86%,表明聚吡咯的加入提高了復(fù)合薄膜電極的比電容和柔性。以上所制備的不同組成及結(jié)構(gòu)石墨烯基復(fù)合薄膜電極材料,由于球形形貌二氧化錳或聚吡咯均勻的嵌插到石墨烯片層間,形成了有利于電解液離子擴散的多級孔道結(jié)構(gòu),從而提高了復(fù)合薄膜電極的電容性質(zhì)。此外,這種柔性、無粘結(jié)劑石墨烯基復(fù)合薄膜電極材料更加能體現(xiàn)出材料本身的性質(zhì)。抽濾自組裝技術(shù)可發(fā)展用于制備性能優(yōu)異的石墨烯及金屬氧化物或?qū)щ娋酆衔飶?fù)合薄膜電極材料。
【關(guān)鍵詞】：石墨烯 二氧化錳 聚吡咯 石墨烯基復(fù)合薄膜電極 電容
【學(xué)位授予單位】：陜西師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O646.54;TM53
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 第1章 緒論11-35
• 1.1 前言11-12
• 1.2 電化學(xué)電容器12-18
• 1.2.1 電化學(xué)電容器概述12-13
• 1.2.2 電化學(xué)電容器的工作原理13-14
• 1.2.3 電化學(xué)電容器電極材料14-17
• 1.2.4 電化學(xué)電容器電極材料的發(fā)展趨勢及其面臨的挑戰(zhàn)17-18
• 1.3 石墨烯結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及應(yīng)用18-22
• 1.3.1 石墨烯的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)18-19
• 1.3.2 石墨烯的制備方法19-22
• 1.3.3 石墨烯在電化學(xué)電容器中的應(yīng)用22
• 1.4 二氧化錳結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及應(yīng)用22-26
• 1.4.1 二氧化錳的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)22-24
• 1.4.2 二氧化錳的制備方法24-25
• 1.4.3 二氧化錳在電化學(xué)電容器中的應(yīng)用25-26
• 1.4.4 二氧化錳電極材料的缺陷及改進手段26
• 1.5 聚吡咯結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及應(yīng)用26-28
• 1.5.1 聚吡咯的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)26-27
• 1.5.2 聚吡咯在電化學(xué)電容器中的應(yīng)用27
• 1.5.3 聚吡咯電極材料的缺陷及改進手段27-28
• 1.6 石墨烯基納米復(fù)合薄膜材料28-33
• 1.6.1 石墨烯/金屬氧化物納米復(fù)合薄膜28-31
• 1.6.2 石墨烯/導(dǎo)電聚合物納米復(fù)合薄膜31-32
• 1.6.3 石墨烯基納米復(fù)合薄膜在電化學(xué)電容器中的應(yīng)用32-33
• 1.7 論文選題目的與研究內(nèi)容33-35
• 1.7.1 論文選題目的及意義33-34
• 1.7.2 論文主要研究內(nèi)容34
• 1.7.3 論文的創(chuàng)新點34-35
• 第2章 石墨烯/二氧化錳納米復(fù)合薄膜電極材料制備及其電容性質(zhì)研究35-57
• 2.1 引言35-36
• 2.2 實驗部分36-40
• 2.2.1 試劑與原料36-37
• 2.2.2 石墨烯納米層分散液的制備37
• 2.2.3 二氧化錳納米球的制備37
• 2.2.4 二氧化錳納米層分散液的制備37-38
• 2.2.5 石墨烯/二氧化錳納米復(fù)合薄膜電極的制備38
• 2.2.6 分析與表征38-39
• 2.2.7 電容性質(zhì)測試39-40
• 2.3 結(jié)果與討論40-55
• 2.3.1 石墨烯/二氧化錳納米球復(fù)合薄膜電極材料的晶相與形貌40-42
• 2.3.2 石墨烯/二氧化錳納米層復(fù)合薄膜電極材料的晶相與形貌42-44
• 2.3.3 石墨烯/二氧化錳納米球復(fù)合薄膜電極材料的電容性質(zhì)44-50
• 2.3.4 石墨烯/二氧化錳納米層復(fù)合薄膜電極材料的電容性質(zhì)50-53
• 2.3.5 石墨烯/二氧化錳納米球(納米層)復(fù)合薄膜電極材料電容比較53-55
• 2.4 本章結(jié)論55-57
• 第3章 石墨烯/二氧化錳/聚吡咯三元復(fù)合薄膜電極材料制備及其電容性質(zhì)研究57-69
• 3.1 引言57-58
• 3.2 實驗部分58-60
• 3.2.1 試劑與原料58
• 3.2.2 石墨烯納米層分散液的制備58-59
• 3.2.3 二氧化錳納米球的制備59
• 3.2.4 聚吡咯納米球的制備59
• 3.2.5 石墨烯/二氧化錳/聚吡咯納米復(fù)合薄膜的制備59
• 3.2.6 分析與表征59-60
• 3.2.7 電容性質(zhì)測試60
• 3.3 結(jié)果與討論60-67
• 3.3.1 石墨烯/二氧化錳/聚吡咯納米復(fù)合薄膜電極材料的晶相與形貌60-63
• 3.3.2 石墨烯/二氧化錳/聚吡咯納米復(fù)合薄膜電極材料的電容性質(zhì)63-67
• 3.4 本章結(jié)論67-69
• 第4章 全文結(jié)論69-71
• 參考文獻71-83
• 致謝83-85
• 攻讀碩士學(xué)位期間的科研成果85

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本文編號：647780