電化學(xué)超級(jí)電容器因其功率密度高、充放電過程快、電壓范圍寬、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注,其在移動(dòng)電子裝置、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域有著廣闊應(yīng)用前景。電極材料是決定超級(jí)電容器儲(chǔ)能性能的關(guān)鍵,因而成為了目前研究的熱點(diǎn)。本文系統(tǒng)研究了磺化石墨烯、鎳鈷雙金屬氫氧化物以及磺化石墨烯與鎳鈷雙金屬氫氧化物自組裝復(fù)合材料制備過程,以及所制備的電極材料在三電極體系和兩電極體系中的電化學(xué)性能。以氨基葡萄糖為還原劑和氮摻雜試劑,在將氧化石墨烯還原的同時(shí)使得將氨基葡萄糖枝接在石墨烯表面,制備氮摻雜石墨烯（GGN）。并以氯磺酸為磺化試劑以二氯甲烷為溶劑,將GGN磺處理制備磺化石墨烯（SGN）。研究結(jié)果表明,GGN和SGN具有良好的分散性能以及豐富的負(fù)電基團(tuán),有利于自組裝復(fù)合材料的制備。所制備的SGN80電極材料在三電極測(cè)試系統(tǒng)中,當(dāng)電流密度為1 A·g^-1時(shí),SGN80的比電容為138.13 F·g^-1;當(dāng)電流密度增加到10 A·g^-1時(shí),SGN80的比電容為117.5 F·g^-1,比電容保持率達(dá)85.1%。采用氧化誘導(dǎo)插層的方法制備了... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

各種儲(chǔ)能體系的能量密度和功率密度對(duì)比[6]

燕山大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-2-1.2超級(jí)電容器簡(jiǎn)介超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-2所示[8]，超級(jí)電容器與二次電池有著相似的結(jié)構(gòu)，其主要包括電極材料、隔膜、電解液、集流體以及外殼等五個(gè)部分所組成[7]。其中，電極材料是超級(jí)電容器高能量密度、高功率密度、高循環(huán)穩(wěn)定性實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，高性能超級(jí)電容器電極材料已成為研究的熱點(diǎn)。圖1-2超級(jí)電容器結(jié)構(gòu)示意圖[8]依據(jù)電荷存儲(chǔ)機(jī)理的不同可以將電極材料分成三種類型：雙電層電容（ElectricalDouble-LayerCapacitor，EDLC），贗電容（Pseudocapacitance）以及電池型電容（Battery-typeCapacitor）[9-12]。雙電層電容型：在雙電層電容中，依靠在電極-電解質(zhì)界面上的物理吸附/解吸離子來(lái)儲(chǔ)存電能[13]。在充電過程中，電子通過外部負(fù)載從負(fù)極傳到正極。在電解液中，陰離子向正極移動(dòng)，而陽(yáng)離子向負(fù)極移動(dòng)。在放電過程中，發(fā)生相反的過程[14]。在這種電荷存儲(chǔ)的形式中，電荷不通過電極/電解液界面?zhèn)鬟f，電極和電解液之間不發(fā)生凈的離子交換，在充放電過程中電解液濃度保持恒定。其循環(huán)伏安曲線呈矩形，常見的雙電層電容電極材料主要包括碳基材料，例如活性炭、碳納米管和石墨烯等[15]。贗電容型：與雙電層電容不同，贗電容型電極材料存儲(chǔ)電荷的本質(zhì)是法拉第過程，該過程所涉及的是發(fā)生在活性物質(zhì)表面或近表面快速可逆的氧化還原反應(yīng)，這種反應(yīng)機(jī)理與電子轉(zhuǎn)移引起的電極材料的價(jià)態(tài)變化有關(guān)。二氧化釕（RuO2）是第一個(gè)被報(bào)道的表現(xiàn)出贗電容行為的電極材料。盡管RuO2電極以法拉第過程存儲(chǔ)電荷，但

燕山大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-4-GopalsamyK等[26]合成了一種氮硫共摻雜的多孔石墨烯納米帶（NS-GNR），高孔隙率的NS-GNR通道為電解質(zhì)離子提供了有效的離子傳輸路徑，提供了更多的活性位點(diǎn)，增強(qiáng)了電極材料的整體導(dǎo)電性和穩(wěn)定性。在三電極測(cè)試體系中，當(dāng)電流密度為0.5A·g-1時(shí)，比電容達(dá)到442F·g-1。此外，在對(duì)稱的兩電極測(cè)試體系中，發(fā)現(xiàn)其能量密度約為23.85Wh·kg-1時(shí)，功率密度約為8753W·kg-1。圖1-3NGS的制備原理圖[25]WangBH等[27]將長(zhǎng)鏈的聚酰胺化合物通過酰胺化反應(yīng)枝接到氧化石墨烯表面，并在酰胺化氧化石墨烯（AMGO）還原成酰胺化石墨烯（AMG）的過程中發(fā)揮隔離的作用避免AMG的堆疊，除此之外，在將AMG煅燒制備三維多孔氮摻雜石墨烯（N-3DMG）時(shí)充當(dāng)?shù)�，制備過程如1-4所示。N-3DMG比表面積達(dá)627m2·g-1，石墨烯的介孔結(jié)構(gòu)可以有效的促進(jìn)電解質(zhì)的擴(kuò)散過程。在三電極體系的測(cè)試中，當(dāng)電流密度為1A·g-1時(shí)，其比電容可達(dá)408F·g-1。圖1-4N-3DMG的制備過程圖[27]LiuJL等[28]以NH3H2O作為摻雜劑和以H2O2作為刻蝕劑與氧化石墨烯（GO）在較溫和的條件下回流反應(yīng)制得多孔的氮摻雜氧化石墨烯（H-NGO），然后通過氧化聚合的方法制備了多孔的氮摻雜氧化石墨烯/聚苯胺（H-NGO/PANI）復(fù)合材料，最后經(jīng)肼還原制得多孔的氮摻雜還原氧化石墨烯/聚苯胺（H-NrGO/PANI）復(fù)合材料。在組裝的對(duì)稱的超級(jí)電容器測(cè)試中，當(dāng)功率密度為329.5W·kg-1時(shí)，其能量密度可達(dá)24.7Wh·kg-1。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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