本文關(guān)鍵詞：氧化石墨誘導(dǎo)形成二維碳基材料及在超級電容器中應(yīng)用，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：環(huán)境和能源問題迫使人類尋求新型、高效和環(huán)境友好的儲能和換能裝置。超級電容器具有超快的充放電速率,高功率性能,壽命長(105周期)等優(yōu)勢,目前受到廣泛的關(guān)注。碳基電極材料具有成本低、穩(wěn)定性好等優(yōu)勢,是最有前景的電極材料之一。增強(qiáng)導(dǎo)電性和提高比表面積可增強(qiáng)電子傳輸能力,提高電解質(zhì)離子存儲能力,進(jìn)而改善材料的儲能性能。綜合考慮石墨烯材料擁有良好的導(dǎo)電性及多孔碳具有大的比表面的特點(diǎn),本論文發(fā)展了利用氧化石墨作為石墨烯的前體,基于基團(tuán)相互作用原理,誘導(dǎo)葡萄糖、明膠等生物質(zhì)碳源生長,獲得多孔碳/石墨烯二維復(fù)合體的方法,顯著提升了材料的儲能特性。主要研究內(nèi)容如下:(1)以葡萄糖為碳源,氧化石墨為片層誘導(dǎo)劑,通過水熱-碳化-活化(以ZnCl2為活化劑,在N2條件下碳化活化)合成了二維多孔碳/RGO復(fù)合碳材料(PCGS)。改變葡萄糖的加入量,可以有效調(diào)控二維片狀材料的厚度及比表面積。合適條件下比表面積高達(dá)3200 m2 g~(-1)。材料在電流密度1 A g~(-1)時表現(xiàn)出較高的比電容值235F g~(-1),良好的倍率性能和庫倫效率。研究結(jié)果指出RGO和多孔碳合理有效的結(jié)合可提高材料的電容性能和循環(huán)穩(wěn)定性。(2)以明膠為碳源,氧化石墨為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑誘導(dǎo)明膠組裝,經(jīng)碳化和活化的過程獲得厚度100nm左右,高比表面積(高達(dá)1476 m2 g~(-1))的LPCG基材料。GO不僅提高了LPCG基材料的導(dǎo)電性,對形成具有疊層結(jié)構(gòu)的薄層碳片也是至關(guān)重要的。不使用RGO情況下明膠衍生的碳厚度約500nm。實(shí)驗(yàn)結(jié)果指出導(dǎo)電性的增加有利于改善材料的倍率性能,而導(dǎo)電性和比表面積的共同作用下可獲得最高儲能性能的材料。最優(yōu)條件下,LPCG材料表現(xiàn)出較高放電比電容(電流密度0.5 A g~(-1)時455 F g~(-1),電流密度1 A g~(-1)時,366 F g~(-1)),優(yōu)秀的倍率性能(電流密度30 A g~(-1)時221 F g~(-1))和良好的循環(huán)穩(wěn)定性。水系電解液中,在低功率密度500 W kg~(-1)時,能量密度達(dá)到9.32 W h kg~(-1),并且具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性(96%,5000周期)。(3)通過引入導(dǎo)電性較好的碳納米管,進(jìn)一步拓寬材料的電壓窗口以改善LPCG材料的儲能性能。以明膠碳源,CNTs為導(dǎo)電劑,氧化石墨為片層誘導(dǎo)劑,通過碳化-活化的路線方法制備三元二維碳基材料(LPC-C-G)。LPC-C-G基材料最高比表面積高達(dá)1791 m2 g~(-1)。在該復(fù)合材料中,石墨烯可誘導(dǎo)片層材料的形成,多孔碳有利于電解液離子的訪問和擴(kuò)散,CNTs提高材料的導(dǎo)電性,對拓寬材料的電壓窗口也有一定的影響。因此,材料表現(xiàn)出較高較高電壓窗口(1.1V),較高放電比電容(電流密度2 A g~(-1)時,質(zhì)量比電容值313 F g~(-1)),優(yōu)秀的的循環(huán)穩(wěn)定性(86%,5000周期)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明提高導(dǎo)電性有利于改善材料的倍率性能及拓寬電壓窗口。
【關(guān)鍵詞】：氧化石墨 多孔碳 二維材料 超級電容器
【學(xué)位授予單位】：黑龍江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ127.11
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-27
• 1.1 引言9
• 1.2 超級電容器概述9-13
• 1.2.1 超級電容器分類10
• 1.2.2 超級電容器工作原理10-12
• 1.2.3 超級電容器的發(fā)展及應(yīng)用12-13
• 1.3 超級電容器電極材料13-17
• 1.3.1 碳基電極材料13-15
• 1.3.2 金屬氧化物電極材料15-16
• 1.3.3 導(dǎo)電聚合物電極材料16-17
• 1.4 二維多孔碳在超級電容器中的研究進(jìn)展及應(yīng)用17-25
• 1.4.1 二維多孔材料電容特性的影響因素17-22
• 1.4.2 二維多孔碳的合成方法22-25
• 1.5 選題背景25-27
• 1.5.1 選題依據(jù)25
• 1.5.2 研究內(nèi)容25-27
• 第2章 實(shí)驗(yàn)部分27-31
• 2.1 實(shí)驗(yàn)試劑27
• 2.2 實(shí)驗(yàn)儀器27-28
• 2.3 材料的表征方法28-29
• 2.3.1 X射線衍射（XRD）28
• 2.3.2 拉曼光譜（Raman）28
• 2.3.3 N2吸附-脫附等溫線（BET）28-29
• 2.3.4 X射線光電子能譜（XPS）29
• 2.3.5 掃描電子顯微鏡（SEM）29
• 2.3.6 透射電子顯微鏡（TEM）29
• 2.4 電化學(xué)測量技術(shù)29-31
• 2.4.1 循環(huán)伏安測試（CV）29
• 2.4.2 恒流充放電測試（GCD）29-30
• 2.4.3 交流阻抗測試（EIS）30-31
• 第3章 以葡萄糖為碳源制備多孔碳/RGO二維碳基材料31-43
• 3.1 引言31-32
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分32-34
• 3.2.1 氧化石墨的合成32
• 3.2.2 多孔碳/RGO二維碳基材料的制備32-33
• 3.2.3 超級電容器性能測試33-34
• 3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論34-42
• 3.3.1 多孔碳/RGO二維碳基材料的結(jié)構(gòu)與形貌分析34-38
• 3.3.2 多孔碳/RGO二維碳基材料的電化學(xué)性能研究38-42
• 3.4 本章小節(jié)42-43
• 第4章 以明膠為碳源制備多孔碳/RGO二維碳基材料43-64
• 4.1 引言43-45
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分45-46
• 4.2.1 氮摻雜多孔碳/RGO二維碳基材料的制備45-46
• 4.2.2 超級電容器性能測試46
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論46-63
• 4.3.1 氮摻雜多孔碳/RGO二維碳基材料的結(jié)構(gòu)與形貌分析46-57
• 4.3.2 氮摻雜多孔碳/RGO二維碳基材料的電化學(xué)性能研究57-63
• 4.4 本章小結(jié)63-64
• 第5章 以明膠為碳源制備多孔碳/CNTs/RGO二維碳基材料64-77
• 5.1 引言64-65
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分65-67
• 5.2.1 多孔碳/CNTs/RGO二維碳基材料的制備65-66
• 5.2.2 超級電容器性能測試66-67
• 5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論67-76
• 5.3.1 多孔碳/CNTs/RGO二維碳基材料的結(jié)構(gòu)與形貌分析67-71
• 5.3.2 多孔碳/CNTs/RGO二維碳基材料的電化學(xué)性能研究71-76
• 5.4 本章小結(jié)76-77
• 結(jié)論77-78
• 參考文獻(xiàn)78-95
• 致謝95-96
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文96-97

【相似文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 許開卿;吳季懷;范樂慶;冷晴;鐘欣;蘭章;黃妙良;林建明;;水凝膠聚合物電解質(zhì)超級電容器研究進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報;2011年15期

2 梓文;;超高能超級電容器[J];兵器材料科學(xué)與工程;2013年04期

3 ;歐盟創(chuàng)新型大功率超級電容器問世[J];功能材料信息;2014年01期

4 周霞芳;;無污染 充電快 春節(jié)后有望面市 周國泰院士解密“超級電容器”[J];環(huán)境與生活;2012年01期

5 江奇,瞿美臻,張伯蘭,于作龍;電化學(xué)超級電容器電極材料的研究進(jìn)展[J];無機(jī)材料學(xué)報;2002年04期

6 朱修鋒,王君,景曉燕,張密林;超級電容器電極材料[J];化工新型材料;2002年04期

7 景茂祥,沈湘黔,沈裕軍,鄧春明,翟海軍;超級電容器氧化物電極材料的研究進(jìn)展[J];礦冶工程;2003年02期

8 朱磊,吳伯榮,陳暉,劉明義,簡旭宇,李志強(qiáng);超級電容器研究及其應(yīng)用[J];稀有金屬;2003年03期

9 賀福;碳(炭)材料與超級電容器[J];高科技纖維與應(yīng)用;2005年03期

10 鄧梅根,楊邦朝,胡永達(dá);卷繞式活性炭纖維布超級電容器的研究[J];功能材料;2005年08期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 馬衍偉;張熊;余鵬;陳堯;;新型超級電容器納米電極材料的研究[A];2009中國功能材料科技與產(chǎn)業(yè)高層論壇論文集[C];2009年

2 張易寧;何騰云;;超級電容器電極材料的最新研究進(jìn)展[A];第二十八屆全國化學(xué)與物理電源學(xué)術(shù)年會論文集[C];2009年

3 鐘輝;曾慶聰;吳丁財;符若文;;聚苯乙烯基層次孔碳的活化及其在超級電容器中的應(yīng)用[A];中國化學(xué)會第15屆反應(yīng)性高分子學(xué)術(shù)討論會論文摘要預(yù)印集[C];2010年

4 趙家昌;賴春艷;戴揚(yáng);解晶瑩;;扣式超級電容器組的研制[A];第十二屆中國固態(tài)離子學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集[C];2004年

5 單既成;陳維英;;超級電容器與通信備用電源[A];通信電源新技術(shù)論壇——2008通信電源學(xué)術(shù)研討會論文集[C];2008年

6 王燕;吳英鵬;黃毅;馬延風(fēng);陳永勝;;單層石墨用作超級電容器的研究[A];2009年全國高分子學(xué)術(shù)論文報告會論文摘要集（上冊）[C];2009年

7 趙健偉;倪文彬;王登超;黃忠杰;;超級電容器電極材料的設(shè)計、制備及性質(zhì)研究[A];中國化學(xué)會第27屆學(xué)術(shù)年會第10分會場摘要集[C];2010年

8 張琦;鄭明森;董全峰;田昭武;;基于薄液層反應(yīng)的新型超級電容器——多孔碳電極材料的影響[A];中國化學(xué)會第27屆學(xué)術(shù)年會第10分會場摘要集[C];2010年

9 馬衍偉;;新型超級電容器石墨烯電極材料的研究[A];第七屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集（第7分冊）[C];2010年

10 劉不厭;彭喬;孫s

本文編號：429462