本文關(guān)鍵詞：基于石墨烯的功能多孔材料的制備及其性能研究

  更多相關(guān)文章： 石墨烯 多孔材料 氣凝膠 鋰離子電池 鋰硫電池

【摘要】：近年來,鋰離子電池(LIBs),廣泛應(yīng)用于便攜的電子設(shè)備,如手機(jī)、筆記本電腦和平板電腦,等等。然而,常用的負(fù)極材料(石墨)不能滿足能量密度、功率密度以及使用壽命等的需求。石墨烯是一種二維的單純碳納米材料,它在近些年來已經(jīng)受到了廣泛的關(guān)注。具備高孔隙率的石墨烯基多孔材料被認(rèn)為是擁有優(yōu)良性能的儲能材料,在超級電容器和鋰離子電池領(lǐng)域具有廣闊的的應(yīng)用前景。本篇論文主要闡述了關(guān)于石墨烯基的多孔材料的發(fā)展、制備、表征以及應(yīng)用性的研究。通過探索不同的實(shí)驗(yàn)方案制備了具有不同功能的、高比表面積的石墨烯基多孔材料。利用掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡,x-射線衍射測試等手段對制備的材料進(jìn)行測試表征,將所得到的材料應(yīng)用于鋰離子電池、鋰硫電池的電極材料并研究了其儲能性質(zhì)。本文通過對石墨烯/三聚氰胺甲醛水凝膠冷凍干燥后再進(jìn)行熱處理制備了一種新型的氮摻雜的石墨烯基多孔材料(NPGM)。在形成過程中,三聚氰胺甲醛樹脂用來作為交聯(lián)劑和提供氮源。制備的NPGM具有不同級次的孔道結(jié)構(gòu),其BET比表面積高達(dá)1170 m2 g 1而且含氮量高達(dá)5.8 at%。此材料用作為鋰離子電池器件的負(fù)極材料時表現(xiàn)出了優(yōu)良的儲能性能。在電流密度為100 mA g 1的條件下,其放電比容量為672mA h g 1,超過了很多其他非氮摻雜的石墨烯基電極材料的容量。除此以外,制備材料還具有較長的使用壽命和良好的倍率性能。利用原位還原法,通過GO與氨水的混合液的水熱反應(yīng)制備了氮摻雜石墨烯氣凝膠。以這種具有多級次孔道結(jié)構(gòu)的氮摻雜多孔石墨烯氣凝膠作為固硫劑和導(dǎo)電劑制備了負(fù)載硫的氮雜石墨烯氣凝膠復(fù)合材料(SNGA),并探索了不同的硫含量對鋰硫電池性能的影響。通過使用電化學(xué)交流阻抗、恒流充放電和循環(huán)伏安法對材料的電化學(xué)性能進(jìn)行測試,這種負(fù)載硫的氮雜多孔石墨烯氣凝膠材料表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能,與傳統(tǒng)的硫電極相比,他具有更高的可逆比容量和非常好的倍率性能。
【關(guān)鍵詞】：石墨烯 多孔材料 氣凝膠 鋰離子電池 鋰硫電池
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ127.11
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-31
• 1.1 引言10-11
• 1.2 石墨烯簡介11-16
• 1.2.1 自上而下法11-14
• 1.2.2 自下而上法14-16
• 1.3 石墨烯基多孔材料的制備16-22
• 1.3.1 交聯(lián)法16-19
• 1.3.2 原位還原法19-20
• 1.3.3 化學(xué)氣相沉積法20-21
• 1.3.4 活化法21-22
• 1.4 石墨烯基多孔材料的應(yīng)用22-26
• 1.4.1 鋰離子電池22-24
• 1.4.2 超級電容器24-26
• 1.4.3 傳感器26
• 1.5 本文的主要研究內(nèi)容26-27
• 參考文獻(xiàn)27-31
• 第2章 實(shí)驗(yàn)儀器與分析方法31-34
• 2.1 試劑材料與儀器31-32
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)使用試劑材料31
• 2.1.2 儀器設(shè)備31-32
• 2.2 基本表征及性能測試32-34
• 2.2.1 基本表征32
• 2.2.2 性能測試32-34
• 第3章 高度氮摻雜多孔石墨烯作為鋰離子電池負(fù)極材料34-47
• 3.1 引言34-35
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分35-36
• 3.2.1 石墨烯氧化物/三聚氰胺甲醛水凝膠(GOMF)制備35
• 3.2.2 制備氮摻雜多孔石墨烯材料(NPGM)35
• 3.2.3 鋰離子電池性能測試35-36
• 3.3 結(jié)果與討論36-43
• 3.3.1 制備36
• 3.3.2 NPGM的表征36-40
• 3.3.3 NPGM的電化學(xué)性能測試40-43
• 3.4 本章小結(jié)43
• 參考文獻(xiàn)43-47
• 第4章 氮摻雜多孔石墨烯氣凝膠作為固硫劑和導(dǎo)電劑提高鋰硫電池性能47-58
• 4.1 引言47
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分47-48
• 4.2.1 氮摻雜石墨烯氣凝膠(NGA)的制備47-48
• 4.2.2 制備硫負(fù)載的氮摻雜石墨烯氣凝膠(SNGA)48
• 4.2.3 鋰硫電池性能測試48
• 4.3 結(jié)果與討論48-55
• 4.3.1 制備樣品48-49
• 4.3.2 測試與表征49-52
• 4.3.3 硫負(fù)載的氮雜石墨烯氣凝膠的電化學(xué)性能測試52-55
• 4.4 本章小結(jié)55
• 參考文獻(xiàn)55-58
• 結(jié)論58-61
• 攻讀碩士學(xué)位期間承擔(dān)的科研任務(wù)與主要成果61-62
• 致謝62

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 汪仕元,雍志華,李娟,陳興林;多孔材料的密度測試方法探討[J];實(shí)用測試技術(shù);2002年05期

2 劉培生;;多孔材料孔率的測定方法[J];鈦工業(yè)進(jìn)展;2005年06期

3 奚正平;湯慧萍;朱紀(jì)磊;張健;;金屬多孔材料在能源與環(huán)保中的應(yīng)用[J];稀有金屬材料與工程;2006年S2期

4 朱海峰;;多孔材料 數(shù)據(jù)聚焦分析[J];科學(xué)觀察;2006年06期

5 溫永剛;張曉曦;陳光奇;孫李寧;李慧燕;;多孔材料傳冷特性的對比試驗(yàn)[J];低溫工程;2008年02期

6 詹海鴻;黃文貌;許征兵;曾建民;甘武奎;陳小安;;淺談鋁工業(yè)用多孔材料[J];大眾科技;2008年10期

7 本刊記者;;金屬多孔材料創(chuàng)新研究及產(chǎn)業(yè)化基地——金屬多孔材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室[J];中國材料進(jìn)展;2009年Z2期

8 王建永;;金屬多孔材料研究的新起點(diǎn)——回歸本性[J];金屬世界;2010年02期

9 于永亮;;淺談金屬多孔材料的制備方法與應(yīng)用[J];硅谷;2011年02期

10 李玲玲;;金屬多孔材料的制備及應(yīng)用[J];科技風(fēng);2012年11期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 馮勃;徐明龍;張治君;;多孔材料多軸加載實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)[A];中國力學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)大會'2009論文摘要集[C];2009年

2 熊文英;劉鈞泉;;多孔材料開發(fā)及其工程應(yīng)用概況[A];2005'（貴陽）表面工程技術(shù)創(chuàng)新研討會論文集[C];2005年

3 ;G.多孔材料[A];2008中國材料研討會暨慶祝中國科協(xié)成立50周年會議程序和論文摘要集[C];2008年

4 楊國昱;;基于硼氧簇單元構(gòu)建的硼酸鹽多孔材料的合成、結(jié)構(gòu)及性能[A];第十七屆全國分子篩學(xué)術(shù)大會會議論文集[C];2013年

5 賀躍輝;王W，

本文編號：714851