隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,人類(lèi)目前面臨嚴(yán)重的能源短缺和環(huán)境污染。為此,各國(guó)積極開(kāi)展新型能源器件的研發(fā)。其中,以超級(jí)電容和化學(xué)電池為代表的電化學(xué)儲(chǔ)能器件因其具有超高的能量密度和功率密度、以及超高的循環(huán)壽命及轉(zhuǎn)換效率,被認(rèn)為是最具可行性的清潔能源器件,在國(guó)防、醫(yī)療以及新興產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。作為儲(chǔ)能器件的核心部件,電極材料的性能和其結(jié)構(gòu)的改進(jìn)則是制約新型儲(chǔ)能器件應(yīng)用的關(guān)鍵。目前,商業(yè)化的儲(chǔ)能器件一般采用含鎘、鉛的石墨基電極材料,然而這種器件不僅質(zhì)量重、毒性大、循環(huán)效率差,而且電容量和能量密度偏低。因此,研發(fā)超高功率及能量密度、超長(zhǎng)循環(huán)壽命的輕質(zhì)新型儲(chǔ)能器件具有極高的科學(xué)研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用前景。本文旨在研制基于3D多孔石墨烯結(jié)構(gòu)的新型高性能的電極材料及儲(chǔ)能器件,著力解決制約超級(jí)電容和化學(xué)電池等儲(chǔ)能器件性能的容量損失、老化、功率及能量密度受限等關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。通過(guò)研制新型的電極材料、結(jié)構(gòu)和儲(chǔ)能模塊,建立3D石墨烯基集成電極的結(jié)構(gòu)與功能構(gòu)筑模型,揭示其儲(chǔ)能機(jī)理及結(jié)構(gòu)性能對(duì)其儲(chǔ)能性能的影響機(jī)制,為新型3D石墨烯多孔石墨烯的儲(chǔ)能應(yīng)用奠定了必要的理論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。本文所取得的研究成果和創(chuàng)新點(diǎn)如下：1.系統(tǒng)...

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【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
符號(hào)對(duì)照表
縮略語(yǔ)對(duì)照表
第一章 緒論
    1.1 研究背景和意義
    1.2 電化學(xué)儲(chǔ)能器件的分類(lèi)及發(fā)展
        1.2.1 超級(jí)電容
        1.2.2 化學(xué)電池
        1.2.3 超級(jí)電容與化學(xué)電池的比較
    1.3 電化學(xué)儲(chǔ)能器件的電極材料及應(yīng)用
        1.3.1 電化學(xué)儲(chǔ)能器件的電極材料
        1.3.2 電化學(xué)儲(chǔ)能器件的應(yīng)用
    1.4 2D/3D石墨烯的合成概述及研究進(jìn)展
        1.4.1 2D石墨烯的制備概述及研究進(jìn)展
        1.4.2 3D石墨烯的合成概述及研究進(jìn)展
    1.5 3D石墨烯基電極的儲(chǔ)能應(yīng)用
        1.5.1 3D石墨烯的儲(chǔ)能應(yīng)用
        1.5.2 3D石墨烯的集成電極
    1.6 3D石墨烯及其儲(chǔ)能電極存在的問(wèn)題
    1.7 本論文的選題意義和主要研究?jī)?nèi)容
第二章 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及測(cè)試分析方法
    2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備
        2.1.1 化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)
        2.1.2 電化學(xué)工作站
    2.2 電極材料的表征
        2.2.1 原子力顯微鏡
        2.2.2 拉曼光譜
        2.2.3 金相顯微鏡系統(tǒng)
        2.2.4 非接觸霍爾測(cè)試儀
        2.2.5 X射線(xiàn)光電子能譜分析
        2.2.6 掃描電子顯微鏡
        2.2.7 能量色散X射線(xiàn)光譜
        2.2.8 X射線(xiàn)衍射分析
        2.2.9 比表面積測(cè)試
        2.2.10 微量天平
    2.3 電極的電化學(xué)測(cè)試方法
        2.3.1 三電極測(cè)量單元
        2.3.2 兩電極測(cè)量單元
    2.4 電極的電化學(xué)性能測(cè)試法及原理
        2.4.1 循環(huán)伏安法
        2.4.2 恒流充放電
        2.4.3 恒壓充放電
        2.4.4 交流阻抗譜
    2.6 超級(jí)電容原理簡(jiǎn)介
        2.6.1 雙電層電容原理簡(jiǎn)介
        2.6.2 贗電容的原理簡(jiǎn)介
        2.6.3 過(guò)渡族金屬氧化物/金屬鹽電極的簡(jiǎn)介
第三章 2D石墨烯CVD法可控制備及表征
    3.1 Cu襯底上2D石墨烯CVD法成核機(jī)理研究
        3.1.1 Cu箔表面電化學(xué)拋光
        3.1.2 2D石墨烯成核密度控制機(jī)理
    3.2 超大晶疇石墨烯單晶可控制備研究
        3.2.1 Cu表面預(yù)處理的影響
        3.2.2 電化學(xué)拋光參數(shù)的影響
        3.2.3 退火預(yù)處理的影響
        3.2.4 生長(zhǎng)溫度的影響
        3.2.5 氫氣和甲烷流量的影響
        3.2.6 Ar流量的影響
        3.2.7 超大晶疇石墨烯單晶CVD生長(zhǎng)
    3.3 本章小結(jié)
第四章 2D石墨烯襯底無(wú)損轉(zhuǎn)移及改性研究
    4.1 CVD制備2D石墨烯襯底轉(zhuǎn)移技術(shù)研究
        4.1.1 石墨烯襯底轉(zhuǎn)移技術(shù)簡(jiǎn)述
        4.1.2 石墨烯高質(zhì)量襯底無(wú)損轉(zhuǎn)移及性能表征
    4.2 2D轉(zhuǎn)移石墨烯改性研究
        4.2.1 襯底轉(zhuǎn)移對(duì)石墨烯性能的影響
        4.2.2 氫氣退火改性研究
    4.3 2D石墨烯疊層透明導(dǎo)電薄膜及層間相互作用研究
        4.3.1 疊層石墨烯的自支撐無(wú)損轉(zhuǎn)移技術(shù)
        4.3.2 疊層石墨烯透明導(dǎo)電薄膜太陽(yáng)電池電極制備
        4.3.3 疊層石墨烯光學(xué)性能表征及層間相互作用研究
    4.4 本章小結(jié)
第五章 3D多孔柔性石墨烯CVD可控制備
    5.1 3D多孔柔性石墨烯CVD可控制備
    5.2 Cu電結(jié)晶的成核機(jī)理研究
    5.3 3D Cu-Ni合金多孔形成機(jī)理研究
        5.3.1 平衡電極電位的影響因素
        5.3.2 液相傳質(zhì)步驟動(dòng)力學(xué)研究
        5.3.3 弗萊德電位對(duì)鈍化的影響
        5.3.4 多孔形成綜合機(jī)理研究
    5.4 3D Cu-Ni合金表面多孔覆蓋率的控制
        5.4.1 合金孔徑尺寸的影響
        5.4.2 合金多孔密度的影響
        5.4.3 電流振蕩的影響
    5.5 3D多孔柔性石墨烯的成核機(jī)理研究
        5.5.1 3D單孔石墨烯的成核機(jī)理
        5.5.2 石墨烯的低溫緩慢成核
        5.5.3 石墨烯的表面均勻性的影響因素
    5.6 本章小結(jié)
第六章 3DMG集成電極的制備及儲(chǔ)能研究
    6.1 3DMG/Ni(OH)₂集成電極制備
    6.2 3DMG/Ni(OH)₂集成電極的材料表征分析
        6.2.1 3DMG/Ni(OH)₂材料形貌分析
        6.2.2 單晶Ni(OH)₂的成核機(jī)理
    6.3 3DMG/Ni(OH)₂集成電極的電化學(xué)性能研究
        6.3.1 3DMG恒電流充放電測(cè)試與循環(huán)伏安法
        6.3.2 3DSG/Ni(OH)₂的電化學(xué)測(cè)試
        6.3.3 集成電極的交流阻抗測(cè)試
        6.3.4 集成電極的電池性能測(cè)試
    6.4 3DMG/Ni(OH)₂集成電極高性能機(jī)理分析
    6.5 本章小結(jié)
第七章 3D多孔柔性石墨烯基超級(jí)電容
    7.1 3DMG/Mn₃O₄集成電極的制備
    7.2 3DMG/Mn₃O₄集成電極的材料表征及分析
        7.2.1 3DMG/Mn₃O₄可控制備機(jī)理研究
        7.2.2 晶粒粒度的影響機(jī)制
    7.3 3DMG/Mn₃O₄集成電極電化學(xué)性能的表征及分析
        7.3.1 恒電流充放電測(cè)試與循環(huán)伏安法
        7.3.2 交流阻抗測(cè)試
    7.4 基于3DSG/Mn₃O₄/3DMG的高性能不對(duì)稱(chēng)超級(jí)電容
        7.4.1 不對(duì)稱(chēng)超級(jí)電容的電容性能測(cè)試及分析
        7.4.2 不對(duì)稱(chēng)超級(jí)電容原理分析
    7.5 本章小結(jié)
第八章 總結(jié)與展望
    8.1 總結(jié)
    8.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
作者簡(jiǎn)介



本文編號(hào)：3933092