本文選題：石墨烯 + 柔性��； 參考：《北京化工大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：超級(jí)電容器,也叫電化學(xué)電容器,具有功率密度高、充放電速度快、循環(huán)壽命長和安全性能優(yōu)異等特點(diǎn),是一種很有前途的新型儲(chǔ)能器件。隨著電子設(shè)備便攜化、可穿戴化,及多功能集成電路的發(fā)展,柔性化——成為儲(chǔ)能器件發(fā)展中日益重要而迫切的需求。制備高性能的柔性電極是發(fā)展柔性超級(jí)電容器的關(guān)鍵。本文以石墨烯為柔性結(jié)構(gòu)骨架,利用石墨烯自組裝的功能,制備一體化柔性全炭電極,應(yīng)用于超級(jí)電容器中體現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。具體研究內(nèi)容如下:1、采用Hummer's法制備的氧化石墨烯為原料,分別通過抽濾成型-熱還原、化學(xué)液相還原-抽濾成型和抽濾成型-化學(xué)氣相還原三種不同方法制備柔性還原氧化石墨烯膜電極,并將其應(yīng)用于超級(jí)電容器對(duì)比了其電化學(xué)性能。三種方法制備的電極均具有較好的柔性,電化學(xué)行為相似,儲(chǔ)能性能存在一定差異(147-171 Fg-1)。其中,抽濾成型-熱還原法制備的石墨烯膜電化學(xué)儲(chǔ)能性能最優(yōu),且方法簡單、表觀平整光滑,機(jī)械性能更好,微觀孔隙發(fā)達(dá),氧殘留少等,更利于復(fù)合電極的制備。2、將活性炭與氧化石墨烯通過液相共混-抽濾成型-熱還原的方式制備一體化柔性復(fù)合電極。通過調(diào)整氧化石墨烯與多孔炭的質(zhì)量配比,制備不同比例的活性炭/石墨烯柔性復(fù)合電極,并應(yīng)用于無機(jī)KOH電解液對(duì)稱超級(jí)電容器體系中。由于活性炭的超高比表面積,在復(fù)合柔性電極中隨活性炭的比例提高,電極整體比表面積以及全電極質(zhì)量比電容量均呈增大的趨勢(shì)。在活性炭用量高達(dá)88%時(shí),仍保持完整的“三維嵌入式”電極結(jié)構(gòu),比電容可達(dá)到可觀的302 Fg-1,同時(shí)大電流性能在20 Ag-1仍保持72%的優(yōu)異表現(xiàn)。在該電極中,石墨烯除貢獻(xiàn)了部分容量外,主要充當(dāng)了柔性電極骨架和“粘結(jié)劑”的功能。3、我們進(jìn)一步引入高比表面積的分級(jí)孔炭作為活性物質(zhì),制備了石墨烯復(fù)合分級(jí)孔電極。其中加入少量石墨烯作為電極成型的粘結(jié)劑,采用液相分散-抽濾成型-熱還原的方法制備了分級(jí)孔炭/石墨烯柔性電極,并將其與傳統(tǒng)的以PTFE和PVDF為粘結(jié)劑的電極進(jìn)行對(duì)比。該柔性全炭電極兼具分級(jí)的孔隙微結(jié)構(gòu)特征和顆粒嵌入式的石墨烯三維網(wǎng)絡(luò)的電極結(jié)構(gòu)特征。相對(duì)于傳統(tǒng)的電極制備方式,這種新型的石墨烯粘結(jié)電極的不僅在多孔性方面進(jìn)一步提高(電極比表面積由2201 m2 g-1提高到2561 m2 g-1),同時(shí)電極整體電導(dǎo)率也顯著改善(電導(dǎo)率由0.177 S m-1提高到0.337 S m-1)。除此之外,石墨烯粘結(jié)電極在無機(jī)和有機(jī)電解液超級(jí)電容器中的電容儲(chǔ)能性能表現(xiàn)也優(yōu)于傳統(tǒng)電極。分級(jí)孔炭/石墨烯復(fù)合電極在無機(jī)KOH電解液中容量可達(dá)321 Fg-1,而在有機(jī)Et4NBF4/AN電解液中也達(dá)到147Fg-1,相對(duì)于傳統(tǒng)高聚物粘結(jié)劑電極提高了 28%和41%。另外,石墨烯粘結(jié)電極表現(xiàn)出了更優(yōu)異的大電流性能。這主要是由于石墨烯作為粘結(jié)劑應(yīng)用于電極成型過程,其構(gòu)建的石墨烯三維結(jié)構(gòu)不僅有助于電解液中離子在孔隙中的吸附和遷移,同時(shí)有助于電子在電極中的傳導(dǎo)。4、將上述石墨烯粘結(jié)電極的制備方法推廣應(yīng)用于三種不同形貌和顆粒尺寸的多孔炭材料(高分子基粉狀活性炭、活性炭纖維和活性炭球)的電極成型,進(jìn)一步證實(shí)以石墨烯為粘結(jié)劑,共混抽濾-熱還原的方法是一種制備高性能柔性炭復(fù)合電極的普適方法。選用活性物質(zhì)與還原氧化石墨烯質(zhì)量比為4:1的工藝條件,石墨烯作為粘結(jié)劑將不同形貌的多孔炭材料成功制備成具有良好柔性的炭電極。該系列電極均具有類似的三維石墨烯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),且表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)儲(chǔ)能性能。該系列石墨烯粘結(jié)電極,在6 mol.L-1KOH電解液中全電極的質(zhì)量比容量可達(dá)264、235及304 Fg-1,而相對(duì)于同比例的傳統(tǒng)高分子粘結(jié)劑電極提高率達(dá)到27%-40%;同時(shí)其體積比容量也有4%-24%的提高。此外,該方法成功拓展了傳統(tǒng)顆粒狀多孔炭的柔性儲(chǔ)能應(yīng)用,并且為其他柔性復(fù)合材料的設(shè)計(jì)開辟了新思路。
[Abstract]:The invention relates to a novel energy storage device with high power density , high charge - discharge speed , long cycle life and excellent safety performance , and is a novel energy storage device with high power density , high charge - discharge speed , long cycle life and excellent safety performance . A porous carbon / graphene composite electrode with high specific surface area is prepared by mixing activated carbon with porous carbon . The invention relates to a method for preparing a high - performance flexible carbon composite electrode .
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TQ127.11;TM53

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本文編號(hào)：1979421