本文關(guān)鍵詞：石墨烯儲能材料的制備及其電化學(xué)防腐蝕研究

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【摘要】：石墨烯,是一種二維納米片層材料,由于其特殊的物理化學(xué)性質(zhì),例如巨大的比表面積(2630 m~2g~(-1)),良好的電子傳輸速度(2.5×105 cm~2V~(-1)s~(-1)),優(yōu)異的熱傳導(dǎo)性能(5000 W mK~(-1))以及突出的機(jī)械性能(1 TPa),從2004年被發(fā)現(xiàn)之后一直是人們研究的重點(diǎn)關(guān)注對象。特別是在儲能領(lǐng)域的應(yīng)用更是十分的廣泛。但是,傳統(tǒng)的石墨烯片層水溶性差、容易堆積等缺點(diǎn)限制了其特性的發(fā)揮,因此對于石墨烯材料性能的改進(jìn)還需要更為深入的研究。本文基于三維多孔自支撐石墨烯骨架,利用水熱合成以及冷凍干燥的方法制備了三維多孔石墨烯/二氧化錳和三維石墨烯/碳納米管/二氧化錳復(fù)合材料,并將其作為電極活性物質(zhì),對不同體系的儲能設(shè)備開展研究,并將儲能設(shè)備應(yīng)用在光電化學(xué)陰極保護(hù)防腐蝕體系。研究的主要內(nèi)容包括以下幾個方面:(1)采用模板法制備了三維多孔石墨烯骨架。研究了模板和石墨烯配比用量、模板表面的電荷狀態(tài)和溶液的pH值對產(chǎn)物形貌的影響。實(shí)現(xiàn)了三維球狀石墨烯和三維球孔石墨烯的可控合成。(2)利用水熱合成的方法在所制備的三維多孔石墨烯骨架上負(fù)載了二氧化錳納米顆粒;利用冷凍干燥法制備了三維石墨烯-碳納米管復(fù)合氣凝膠材料,并在多孔結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)之上負(fù)載了二氧化錳納米顆粒,制備出了不同類活性復(fù)合材料。(3)對實(shí)驗(yàn)所制備的活性材料進(jìn)行儲能性質(zhì)的研究,分別進(jìn)行了循環(huán)伏安測試、恒電流充放電測試、電化學(xué)阻抗譜分析,來研究容量、循環(huán)壽命、電極阻抗等等性質(zhì)。并設(shè)計(jì)平行對比實(shí)驗(yàn)研究所制備材料性能的優(yōu)勢和不足。(4)將活性物質(zhì)制備成扣式電池器件,作為光電化學(xué)陰極保護(hù)的外加儲能電源,對Q235碳鋼電極進(jìn)行陰極保護(hù),研究了其陰極保護(hù)效果。
【關(guān)鍵詞】：石墨烯 超級電容器 鋰離子電池 電化學(xué)防腐蝕 陰極保護(hù)
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(海洋研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ127.11
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-26
• 1.1 引言11-12
• 1.2 超級電容器簡介12-16
• 1.2.1 超級電容器儲能機(jī)理12-14
• 1.2.2 超級電容器電極材料14-16
• 1.3 鋰離子電池簡介16-22
• 1.3.1 鋰離子電池工作原理17-18
• 1.3.2 鋰離子電池電極材料18-19
• 1.3.3 鋰離子電池負(fù)極材料19-22
• 1.4 石墨烯簡介22-23
• 1.5 陰極保護(hù)簡介23-24
• 1.6 本文的立題依據(jù)和研究內(nèi)容24-26
• 第二章 實(shí)驗(yàn)部分26-34
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器26-28
• 2.2 材料表征28-29
• 2.2.1 掃描電子顯微鏡分析28
• 2.2.2 透射電子顯微鏡分析28-29
• 2.2.3 X-射線衍射分析29
• 2.3 超級電容器電極的制作29-30
• 2.3.1 極片的制備29
• 2.3.2 測試系統(tǒng)的組裝29-30
• 2.4 鋰離子電池的裝配30-31
• 2.4.1 極片的制備30
• 2.4.2 電池的組裝30-31
• 2.5 電化學(xué)性能的測試31-34
• 2.5.1 循環(huán)伏安測試31-32
• 2.5.2 電化學(xué)阻抗譜測試32
• 2.5.3 超級電容器電極的恒電流充放電測試32-33
• 2.5.4 鋰離子電池恒流充放電測試33-34
• 第三章 三維多孔石墨烯骨架的制備及其儲鋰性能研究34-45
• 3.1 引言34
• 3.2 三維石墨烯的制備34-35
• 3.3 三維磺化石墨烯結(jié)構(gòu)的表征35-36
• 3.4 模板表面電荷狀態(tài)對形貌結(jié)構(gòu)的影響研究36-39
• 3.5 三維石墨烯作為負(fù)極材料的電化學(xué)性能表征39-43
• 3.5.1 電極的制備39-40
• 3.5.2 電池的組裝40
• 3.5.3 電化學(xué)性能測試40-43
• 3.6 本章小結(jié)43-45
• 第四章 磺化石墨烯/碳納米管/二氧化錳復(fù)合材料的制備及超級電容器性能研究45-52
• 4.1 前言45
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分45-46
• 4.2.1 磺化石墨烯/ 碳納米管/二氧化錳復(fù)合材料的制備45-46
• 4.3 磺化石墨烯/ 碳納米管/二氧化錳復(fù)合材料的表征46-48
• 4.3.1 X射線衍射分析46
• 4.3.2 樣品形貌表征及分析46-48
• 4.4 磺化石墨烯/ 碳納米管/二氧化錳復(fù)合材料的電化學(xué)性能表征48-51
• 4.4.1 工作電極的制備48-49
• 4.4.2 電化學(xué)性能測試49-51
• 4.5 本章小結(jié)51-52
• 第五章 三維石墨烯/二氧化錳的制備及超級電容器性能研究52-61
• 5.1 前言52
• 5.2 三維石墨烯/二氧化錳復(fù)合材料的制備52
• 5.2.1 三維石墨烯骨架的合成52
• 5.2.3 三維石墨烯/二氧化錳 復(fù)合材料的制備52
• 5.3 三維石墨烯/二氧化錳 復(fù)合材料的表征52-55
• 5.3.1 三維石墨烯/二氧化錳 的X射線衍射分析52-53
• 5.3.2 三維石墨烯/二氧化錳 的形貌分析53-55
• 5.4 三維石墨烯/二氧化錳 復(fù)合材料的電化學(xué)性能表征55-60
• 5.4.1 工作電極的制備55
• 5.4.2 電化學(xué)性能表征55-60
• 5.5 本章小結(jié)60-61
• 第六章 超級電容器器件應(yīng)用于陰極保護(hù)系統(tǒng)的性能研究61-71
• 6.1 前言61-63
• 6.2 扣式超級電容器的制備及性能研究63-66
• 6.2.1 扣式超級電容器的制備63
• 6.2.2 扣式超級電容器電化學(xué)性能表征63-66
• 6.3 染敏太陽能電池的組裝以及性能表征66-68
• 6.3.1 染敏太陽能電池的組裝66-67
• 6.3.2 染敏太陽能電池的性能表征67-68
• 6.4 超級電容器應(yīng)用與光電化學(xué)陰極保護(hù)系統(tǒng)研究68-69
• 6.4.1 測試體系的搭建68
• 6.4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果68-69
• 6.5 本章小結(jié)69-71
• 第七章 結(jié)論與展望71-73
• 7.1 結(jié)論71-72
• 7.2 展望72-73
• 參考文獻(xiàn)73-86
• 作者簡介86-87
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果87

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