本文選題：石墨烯 + 納米石墨片陣列　； 參考：《哈爾濱工業(yè)大學》2015年碩士論文

【摘要】：鋰空氣電池因其超高的能量密度在儲能領(lǐng)域有良好的應用前景,然而還存在諸多問題如電池充放電過電位過高導致的低庫倫效率,循環(huán)壽命低,功率密度小等。上述問題大都取決于正極催化劑的催化能力,研究表明電極材料的微觀結(jié)構(gòu)(比表面積、孔容、孔徑)對電化學性能有重要的影響。運用有效的手段設(shè)計高活性、低成本、高穩(wěn)定性的電極材料對鋰空氣電池或鋰離子電池十分重要,許多課題組在利用電沉積或水熱的合成方法構(gòu)造理想的電極結(jié)構(gòu)如自支撐、或者混合結(jié)構(gòu)做了大量的工作。因此研究低成本、高效的合成方法制備自支撐電極對鋰空氣電池十分必要。垂直石墨烯陣列(Vertically aligned graphitic carbon nanosheets,VAGN)在各領(lǐng)域都有廣闊的應用前景,但是其合成過程比較復雜。本文中,我們利用一種新的、制備簡單的(NH4)2Mo2O11-剪裁輔助自組裝方法在泡沫鎳表面合成VAGN,該方法可用于組裝孔尺寸和片層厚度可控的VAGN。制備的陣列不僅作為鋰空氣電池正極催化劑表現(xiàn)出高容量,作為超級電容器也表現(xiàn)出高比容量和長循環(huán)壽命。作為鋰空氣電池正極催化劑,限壓2.0-4.2 V,電流密度為0.1 A·g 1下VAGN薄膜的首次放電容量高達6500 m Ah·g 1;限容500 m Ah·g 1,充放電電流為0.5A·g 1時電池在放/充電電壓低于1.5 V和超過4.5 V之前,循環(huán)100次后容量仍能保持不變。VAGN作為電容器也表現(xiàn)出優(yōu)異的電容性能。電流密度為20 A·g 1時,VAGN比容量達到了634 F·g 1;在電流密度高達200 A·g 1下,比容量仍然達到了240 F·g 1,充放電循環(huán)超過1000次容量不衰減。此外利用水熱合成,將過鉬酸銨作為氧化石墨的剪裁劑和尺寸調(diào)節(jié)劑,成功制備出孔尺寸可調(diào)的泡沫石墨烯。以此作為自支撐電極應用在鋰空氣電池和鋰離子電池中,取得了優(yōu)異的電化學性能。作為鋰空氣電池正極,電流密度為0.2 A·g 1時,首次放電容量為5523m Ah·g 1,而充電容量為5510 m Ah·g 1;限容500 m Ah·g 1,充放電電流為0.5 A·g 1時,電池在放/充電電壓低于2.0 V或超過4.5 V之前,循環(huán)60次后容量仍保持不變。作為鋰離子電池負極,充放電電流密度為0.1 A·g 1時嵌鋰容量達到1300 m Ah·g 1;放電電流密度為100 A·g 1時,嵌鋰比容量仍達到100 m Ah·g 1。在電流為50 A·g 1時電池循環(huán)超過250圈容量保持在240 m Ah·g 1左右,庫倫效率一直保持接近100%。
[Abstract]:Lithium air battery has a good application prospect in the field of energy storage due to its super high energy density. However, there are still many problems such as low Coulomb efficiency, low cycle life and low power density caused by the over-potential of charge and discharge of the battery. Most of the above problems depend on the catalytic ability of the cathode catalyst. It is shown that the microstructure (specific surface area, pore volume, pore size) of the electrode material has an important influence on the electrochemical performance. The design of high active, low cost and high stability electrode materials is very important for lithium-air batteries or lithium-ion batteries by effective means. Many research groups are using electrodeposition or hydrothermal synthesis methods to construct ideal electrode structures such as self-supporting. Or mixed structures do a lot of work. Therefore, it is necessary for lithium air battery to prepare self-supporting electrode by low cost and high efficiency synthesis method. Vertically aligned graphitic carbon nanosheetsVAGNN has a wide application prospect in various fields, but its synthesis process is complex. In this paper, we synthesized VAGNN on the surface of nickel foam by a new, simple self-assembly method of NH _ 4N _ 2Mo _ 2O _ 11-Cutting-assisted self-assembly, which can be used to fabricate VAGN with controllable pore size and lamellar thickness. The prepared arrays not only exhibit high capacity as cathode catalysts for lithium-air batteries, but also show high specific capacity and long cycle life as supercapacitors. As a cathode catalyst for lithium-air batteries, The initial discharge capacity of VAGN thin film is as high as 6500 m Ah g ~ (-1) at current density of 0.1A g ~ (-1) with voltage limit of 2.0-4.2 V, and the initial discharge capacity of VAGN film is as high as 6500 m Ah g ~ (-1) with a charge / discharge current of 0.5 A g ~ (-1) before discharge / charge voltage is below 1.5V and over 4.5V. After 100 cycles, the capacity can remain unchanged. VAGN as capacitor also shows excellent capacitive performance. The specific capacity of VAGN reaches 634F g / g ~ (-1) when the current density is 20A / g ~ (-1), and when the current density is as high as 200A / g ~ (-1), the specific capacity is still up to 240F / g ~ (-1), and the capacity of charge / discharge cycle exceeds 1000 times without attenuation. In addition, using ammonium permolybdate as the cutting agent and size regulator of graphite oxide, the foam graphene with adjustable pore size was successfully prepared by hydrothermal synthesis. The self-supporting electrode has been applied to lithium air battery and lithium ion battery, and excellent electrochemical performance has been obtained. As the positive electrode of lithium air battery, the initial discharge capacity is 5523mAh / g / g and the charge capacity is 5510 m Ah g / 1, the current density is 0.2A / g / 1, and the limited capacity is 5510 m Ah g / 1, and the charge / discharge current is 0.5A / g / 1. Before the discharge / charge voltage is below 2.0 V or over 4.5 V, the capacity of the battery remains unchanged after 60 cycles. As a negative electrode of lithium ion battery, the current density of charge and discharge is 0. 1 A g / L, the capacity of intercalation lithium is 1300 m Ah g / 1, and the specific capacity of lithium intercalation is still 100 m Ah g / 1 when the current density of discharge is 100A g / m ~ (-1). The Coulomb efficiency has been kept close to 100 when the current is 50 A g / 1 and the cycle capacity is about 240 mAh g / g ~ (-1) over 250 cycles.
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TQ127.11;TM911.41

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