本文關(guān)鍵詞：石墨烯孔洞化與孔洞石墨烯及其復(fù)合電極材料的電化學(xué)性質(zhì)

  更多相關(guān)文章： 孔洞石墨烯 雙氧水 五氧化二釩 復(fù)合電極材料 電化學(xué)性質(zhì)

【摘要】：超級電容器作為一種新型能量儲存系統(tǒng),可以實現(xiàn)能量的快速儲存與釋放。因此,超級電容器在高品質(zhì)和高質(zhì)量現(xiàn)代生活中發(fā)揮著極大的作用。電極材料作為制約超級電容器儲能性能的重要因素之一,已經(jīng)受到人們的廣泛關(guān)注。石墨烯因其獨特的物理化學(xué)性質(zhì),在眾多電極材料中脫穎而出,成為一種極具潛力的超級電容器電極材料。但是石墨烯在制備過程中的團聚問題,以及電解質(zhì)離子在石墨烯片層之間較長的傳輸路徑,限制了其電化學(xué)性質(zhì)的發(fā)揮。本研究工作主要通過石墨烯孔洞化處理以及構(gòu)建贗電容材料/孔洞石墨烯復(fù)合電極材料,期待改善石墨烯基電極材料的儲能性質(zhì),主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：以氧化石墨烯(GO)為原料,雙氧水(H_2O_2)作氧化劑,經(jīng)低溫水熱反應(yīng)實現(xiàn)GO納米層的孔洞化�？锥椿疓O納米層的孔徑約為0.5-6.0 nm,具有良好的分散性�？锥椿疓O納米層用水合肼還原,經(jīng)簡單真空抽濾,得到柔韌性良好的孔洞石墨烯薄膜。探討GO和H_2O_2之間的水熱反應(yīng)條件對所得產(chǎn)物孔洞化程度的影響。在三電極測試體系中,6.0 M KOH作電解質(zhì)溶液,當(dāng)電流密度為1Ag~(-1)時,孔洞化程度最佳的孔洞石墨烯薄膜質(zhì)量比電容為251 F g~(-1),體積比電容達到216 F cm-3。當(dāng)電流密度增大到60Ag~(-1)時,其電容保持率達到73%,明顯優(yōu)于未經(jīng)孔洞化處理的電極材料(63%)。以孔洞化程度最佳的孔洞石墨烯薄膜作正負電極,6.0 M KOH為電解質(zhì)溶液,組裝得到對稱型超級電容器的弛豫時間常數(shù)為0.67s,遠小于未經(jīng)孔洞化處理電極組裝的對稱型超級電容器(1.51 s)。該制備方法綠色環(huán)保且成本低,適合孔洞石墨烯的批量制備。以分散性良好的孔洞氧化石墨烯(HGO)作前驅(qū)體,偏釩酸銨(NH_4VO_3)作釩源,經(jīng)冰醋酸調(diào)節(jié)pH,180℃下水熱處理24 h得到五氧化二釩/孔洞石墨烯復(fù)合氣凝膠電極材料(VHGA)。通過調(diào)控NH_4VO_3加入量,可以控制復(fù)合產(chǎn)物中五氧化二釩(V_2O_5)的負載量。當(dāng)NH_4VO_3投料為60 mg時,直徑為20-80 nm、長度為幾個毫米的V_2O_5納米帶能夠均勻負載在HRGO片層上。在三電極測試體系中,以0.5 M K_2SO_4作電解質(zhì)溶液,當(dāng)電流密度為0.25 Ag~(-1)時,VHGA-2電極的比電容達到264 Fg~(-1),遠高于HGA電極(130 Fg~(-1))和V_2O_5納米帶電極(153Fg~(-1))。當(dāng)電流密度增大到10 Ag~(-1)時,VHGA-2電極仍然具有較高的電容保持率(77.3%),明顯優(yōu)于V_2O_5納米帶電極(45.8%)。另外,當(dāng)掃速為20 mV s~(-1)時,連續(xù)循環(huán)1000圈后,VHGA-2電極的電容保持率從V_2O_5納米帶電極的38%提高到85%,充分彰顯了復(fù)合材料的優(yōu)勢。與VHGA-2電極相比,當(dāng)電流密度為0.25 Ag~(-1)時,VGA-2電極的比電容僅為213 Fg~(-1),當(dāng)電流密度增大到10 Ag~(-1)時,其電容保持率降低到71.4%,說明孔洞化處理能夠進一步優(yōu)化材料電化學(xué)性質(zhì)。這種制備方法也可以拓展到其他贗電容材料與孔洞石墨烯復(fù)合電極材料的制備中,為改善超級電容器能量密度和功率密度提供了新途徑。
【關(guān)鍵詞】：孔洞石墨烯 雙氧水 五氧化二釩 復(fù)合電極材料 電化學(xué)性質(zhì)
【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】：2016
【分類號】：TQ127.11;O646.54
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-42
• 1.1 前言10-11
• 1.2 超級電容器簡介11-18
• 1.2.1 超級電容器的工作原理與類型11-13
• 1.2.2 超級電容器的評價參數(shù)13-16
• 1.2.3 超級電容器電極材料16-18
• 1.2.4 超級電容器的發(fā)展趨勢18
• 1.3 石墨烯及石墨烯基電極材料18-36
• 1.3.1 石墨烯的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)18-19
• 1.3.2 石墨烯電極材料的缺點及改進方法19-20
• 1.3.3 多孔石墨烯的類型及制備20-29
• 1.3.4 影響孔洞石墨烯電化學(xué)性質(zhì)的主要因素29-31
• 1.3.5 孔洞石墨烯體積比電容的改善方法31-33
• 1.3.6 孔洞石墨烯及其復(fù)合電極材料在超級電容器中的應(yīng)用33-36
• 1.4 五氧化二釩電極材料36-39
• 1.4.1 五氧化二釩的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)36
• 1.4.2 五氧化二釩電極材料的缺陷及改進方法36-38
• 1.4.3 五氧化二釩在超級電容器電極材料中的應(yīng)用38-39
• 1.5 論文研究意義及內(nèi)容39-42
• 1.5.1 論文研究意義39-40
• 1.5.2 論文研究內(nèi)容40
• 1.5.3 論文創(chuàng)新點40-42
• 第2章 石墨烯H_2O_2孔洞化與孔洞石墨烯薄膜制備及其電化學(xué)性質(zhì)42-60
• 2.1 引言42-43
• 2.2 實驗部分43-46
• 2.2.1 孔洞氧化石墨烯分散液的制備43
• 2.2.2 孔洞石墨烯分散液的制備43
• 2.2.3 孔洞石墨烯薄膜的制備43-44
• 2.2.4 孔洞石墨烯薄膜的分析與表征44
• 2.2.5 孔洞石墨烯薄膜的電化學(xué)性質(zhì)測試44-46
• 2.3 結(jié)果與討論46-58
• 2.3.1 水熱處理溫度對孔洞石墨烯形貌和結(jié)構(gòu)的影響46-48
• 2.3.2 H_2O_2用量對孔洞石墨烯形貌和結(jié)構(gòu)的影響48-49
• 2.3.3 水熱處理時間對孔洞石墨烯形貌和結(jié)構(gòu)的影響49-52
• 2.3.4 孔洞石墨烯的形成過程52-53
• 2.3.5 孔洞石墨烯薄膜電極的電化學(xué)性質(zhì)53-56
• 2.3.6 孔洞石墨烯薄膜電容器的電容性能56-58
• 2.4 本章小結(jié)58-60
• 第3章 五氧化二釩/孔洞石墨烯復(fù)合氣凝膠的制備及其電化學(xué)性質(zhì)60-78
• 3.1 引言60-61
• 3.2 實驗部分61-63
• 3.2.1 孔洞氧化石墨烯分散液的制備61
• 3.2.2 孔洞石墨烯氣凝膠的制備61
• 3.2.3 五氧化二釩的制備61-62
• 3.2.4 五氧化二釩/孔洞石墨烯復(fù)合氣凝的制備62
• 3.2.5 分析與表征62
• 3.2.6 電化學(xué)性質(zhì)測試62-63
• 3.3 結(jié)果與討論63-76
• 3.3.1 孔洞石墨烯氣凝膠的形貌和結(jié)構(gòu)63-66
• 3.3.2 孔洞石墨烯氣凝膠的電化學(xué)性質(zhì)66-68
• 3.3.3 五氧化二釩/孔洞石墨烯復(fù)合氣凝膠的晶相68-69
• 3.3.4 五氧化二釩/孔洞石墨烯復(fù)合氣凝膠的形貌69-70
• 3.3.5 五氧化二釩/孔洞石墨烯復(fù)合氣凝膠的N_2吸附70-71
• 3.3.6 五氧化二釩/孔洞石墨烯復(fù)合氣凝膠的電化學(xué)性質(zhì)71-76
• 3.4 本章小結(jié)76-78
• 第4章 全文總結(jié)78-80
• 參考文獻80-96
• 致謝96-98
• 攻讀碩士學(xué)位期間的研究成果98

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