本文關(guān)鍵詞： 生物模板 石墨烯 氧化鎳 四氧化三鈷 超級電容器　出處：《蘇州科技大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著核能危機、核污染的不斷擴散,清潔核聚變能源又面臨技術(shù)難題短期內(nèi)難以實現(xiàn)突破,以及石油、天然氣等自然不可再生資源的開采殆盡,尋求新型能源的開發(fā)已迫在眉睫,人們也開始思考如何開發(fā)新的動力電源技術(shù),儲能技術(shù)以在實際應(yīng)用中,如鋰電池、超級電容器等。在目前的眾多研究領(lǐng)域中,具有功率密度高、循環(huán)使用壽命長、成本低、環(huán)境友好等優(yōu)勢的超級電容器,已然成為了目前最有前途、最吸引人眼球的高效儲能裝置。超級電容器依據(jù)其特殊的儲能原理,主要分為兩種:(1)雙電層電容(EDLC);(2)贗電容。為了使得制備的超級電容器電極材料具有高比電容和良好的循環(huán)壽命等特性,同時為達(dá)到所制備的材料成本低廉且環(huán)境友好,利用植物纖維大分子制備出了石墨化較好的三維多孔石墨烯。石墨烯作為當(dāng)今最有前景的碳材料,當(dāng)其缺陷區(qū)域極小時,擁有高電導(dǎo)率,較大的比表面積,優(yōu)越的機械性能。但是,單純的石墨烯產(chǎn)生的雙電層電容并不能滿足現(xiàn)實應(yīng)用的大量的能量,不能作為最好的能量儲存裝置。為了有效的解決這一問題,本課題選擇了將贗電容器電極材料,如某些金屬氧化物(NiO、Co3O4等),作為第二相引入并負(fù)載到雙電層電容,如石墨烯表面,通過其優(yōu)勢互補協(xié)同作用,從而有效的充分發(fā)揮石墨烯雙電層電容的循環(huán)穩(wěn)定性和贗電容電極材料的高能量密度,使獲取的復(fù)合材料具有優(yōu)異的電化學(xué)性能,也避免了導(dǎo)電性、穩(wěn)定性差這一缺點。本論文實驗主要分為三大部分,第一部分鈷-鈰@中空石墨烯復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性質(zhì)的研究,以油菜花莖稈為炭源,采用高溫煅燒法制備了石墨烯材料(用G表示),并使用水熱法制備了以Co3O4、CeO2為負(fù)載物的復(fù)合材料,同樣,實驗第二、三部分,分別使用NiO、CeO2和NiO、Co3O4為負(fù)載物,以期獲得比電容高、循環(huán)壽命好的石墨烯金屬基復(fù)合材料。結(jié)果表明:以鈷-鈰為負(fù)載物最高比表面積達(dá)到364 m2/g,粒徑尺寸大約在20 nm左右,電化學(xué)測試結(jié)果顯示:當(dāng)電解液Na2SO4溶液濃度為1 mol/L時,1 A/g的電流密度,材料納米粒子負(fù)載量為80%時,得到的復(fù)合物擁有最高比電容,達(dá)220 F/g,經(jīng)過1000次循環(huán)充放電測試仍有較高的電化學(xué)性能,比電容始終保持在90%。以鎳-鈰為負(fù)載物最高比表面積達(dá)到262 m2/g,粒徑尺寸大約在40 nm左右,電化學(xué)測試結(jié)果顯示:當(dāng)電解液Na2SO4溶液濃度為1mol/L時,1 A/g的電流密度,材料納米粒子負(fù)載量為80%時,達(dá)180 F/g,經(jīng)過1000次循環(huán)充放電測試具有稍低的電化學(xué)性能,比電容始終保持在78%。而以鎳-鈷為負(fù)載物最高比表面積達(dá)到312 m2/g,粒徑尺寸大約在10 nm左右,電化學(xué)測試結(jié)果顯示:當(dāng)電解液Na2SO4溶液濃度為1 mol/L時,0.5 A/g的電流密度,材料納米粒子負(fù)載量為80%時,達(dá)320 F/g,經(jīng)過1000次循環(huán)充放電測試后仍表現(xiàn)出較高的電化學(xué)性能,比電容始終保持在92%左右。結(jié)果表明,采用油菜花莖稈為生物模板成功制備了石墨烯材料,并且采用雙負(fù)載的電極材料能遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于單一負(fù)載0的電極材料。可以推斷,對金屬氧化物負(fù)載的比例和種類這兩方面的調(diào)整,仍有很大的進(jìn)步,從以后的研究中可以尋找更好、更多的金屬氧化物來進(jìn)行復(fù)合負(fù)載來提高所制備材料的電化學(xué)性能或吸附性能或催化性能。
[Abstract]:With the nuclear crisis, spread of nuclear pollution, clean nuclear fusion energy is facing technical problems in the short term is difficult to achieve a breakthrough, as well as oil, natural gas and other non renewable natural resources depleted, seeking new energy development is imminent, people begin to reflect on the development of power technology and energy storage technology in practice in the application, such as lithium batteries, super capacitors. In many research fields at present, it has high power density, long cycle life, low cost, super capacitor, environment friendly and other advantages, has become the most promising and efficient storage of the most eye-catching device. The super capacitor based on the special energy storage principle, mainly divided into two types: (1) the electric double layer capacitor (EDLC); (2) pseudocapacitor. In order to make the super capacitor electrode material prepared with high specific capacitance and good cycle life. At the same time, to achieve the preparation of low cost and environmentally friendly materials, use of plant fiber macromolecules were prepared by graphite porous graphene. Good carbon material graphene as the most promising, when the defect area isminimum, have high conductivity, large surface area, mechanical properties superior. However, pure graphene produced by electric double layer capacitor and can not meet the practical application of a large amount of energy, can not be used as the best energy storage device. In order to solve this problem, this paper chose the pseudo capacitor electrode material, such as metal oxides (NiO, Co3O4), as the second phase is introduced and the load to the electric double layer capacitor, such as graphene surface, through its complementary synergy, so as to effectively make full use of high energy density graphene electric double layer capacitor cycle stability and pseudocapacitive electrode material, The composite material obtained has excellent electrochemical performance, but also to avoid the conductivity, poor stability of the defect. This paper is mainly divided into three parts, the first part of the cobalt cerium @ hollow graphene composite preparation and electrochemical properties of the rape stem, straw as a carbon source, graphene materials prepared by high temperature calcination method (G), was prepared by hydrothermal method using Co3O4 and CeO2 as a composite material, the same load, the second, third part of experiment, using NiO, CeO2 and NiO, Co3O4 load, in order to obtain high content than electricity, graphene metal matrix composite life cycle good. The results showed that the cobalt cerium load. The highest specific surface area reached 364 m2/g, particle size of about 20 nm. The electrochemical test results showed that: when the concentration of Na2SO4 is 1 mol/L, the current density of 1 A/g, nanoparticles negative materials The load is 80%, the composite obtained has the highest specific capacitance of 220 F/g, after 1000 cycles of charge and discharge test is still higher than the electrochemical performance, the capacitance is always maintained at 90%. in nickel cerium load. The highest specific surface area reached 262 m2/g, the particle size is about 40 nm left and right. The electrochemical test results showed that: when the concentration of Na2SO4 is 1mol/L, the current density of 1 A/g materials, nanoparticles loading was 80%, up to 180 F/g, after 1000 cycles of charge and discharge test is slightly lower than the electrochemical performance of the capacitor is always maintained at 78%. in nickel cobalt load high surface area up to 312 m2/g, particle size of about 10 nm. The electrochemical test results showed that: when the concentration of Na2SO4 is 1 mol/L, the current density of 0.5 A/g materials, nanoparticles loading was 80%, up to 320 F/g, after 1000 cycles of charge and discharge test Continue to show high electrochemical performance, the specific capacitance remained at about 92%. The results show that the preparation of graphene materials were successfully used as bio templates and the rape stem stalk, electrode material of double load can far better than a single load. 0 electrode materials can be inferred, and the proportion of the load of the metal oxide species the two aspects of the adjustment, there is still a great progress from future research for a better, more complex metal oxide to the load to improve the electrochemical performance of the prepared materials or adsorption and catalytic properties.

【學(xué)位授予單位】：蘇州科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TQ127.11;TB33

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本文編號：1499403