石墨烯—钴基复合材料的制备及其超级电容器性能研究

发布时间：2017-10-19 10:39

  本文关键词：石墨烯—钴基复合材料的制备及其超级电容器性能研究

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【摘要】：超级电容器具有功率密度高、充放电速度快和使用寿命长等优点,在能源存储器件的应用中引起了强烈的关注。根据其不同的能量储存机制,超级电容器可以分为双电层电容器和赝电容器。双电层电容器材料一般以碳材料为主,其具有高的功率密度,但是电容量往往比较低。石墨烯作为一种碳材料,具有原子厚度的二维结构,比表面积较高,导电性、热稳定性很好,高机械性能和光学性能优异,并且可以大量制备且造价低廉,很多研究集中于其在超级电容器的应用当中。但是,由于石墨烯在应用中很容易堆叠和团聚,限制了其实际应用。将导电聚合物、过渡金属氧／氢氧化物等赝电容材料与石墨烯结合能有效克服这一问题,一方面抑制了石墨烯的团聚,同时也能提高材料的整体电化学性能。在过渡金属氧／氢氧化物中,Co(OH)2/Co3O4都具有成本低、稳定性好、电活性好、理论比电容量高以及环境友好等优点,被认为是很有前途的超级电容器电极材料。在本论文中,以GO为基质,制备出石墨烯-钴基复合材料,并测试其超级电容器性能。具体研究结果如下：1.花状Co(OH)2/石墨烯(GFC)复合材料通过一步水热法制备得到。Co(OH)2的形貌具有从花瓣状到花球状的变化过程。当GFC用作超级电容器电极材料,其在1A g-1电流密度下的放电比容量高达480 F g-1,且循环1000圈容量保持率高达93.5%。2.我们同样通过一步水热法制备了叶片簇状Co(OH)2/石墨烯(GLC)复合材料。Co(OH)2的形貌具有从花状到叶片簇状的变化过程。当GLC用作超级电容器电极材料,其在1 A g-1电流密度下的比容量高达577 F g-1,且循环2000圈容量保持率仍有93.9%。3.通过原位聚合法制备GO/PANI,再将其和GO/Co(Ac)2·4H2O杂化溶胶水热,首次得到了3D三元石墨烯/PANI/CO3O4(GPC)复合材料。3D GPC具有卓越的电化学性能,其在1 A g-1电流密度下比容量达1 247 F g-1,而在20 A g-1下比容量仍然有755 F g-1。更显著的是,复合材料具有杰出的循环性能,其在3500次循环过程没有容量衰减。这种优异的性能归结十PANI、Co3O4本身高的理论比容量,还有均匀分布PANI/Co3O4纳米颗粒与石墨烯气凝胶之间的协同作用。
【关键词】：石墨烯 花状氢氧化钴 叶片簇状氢氧化钴 四氧化三钴 超级电容器电极材料
【学位授予单位】：上海应用技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB332;TM53
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 前言10-23
• 1.1 超级电容器10-14
• 1.1.1 超级电容器的简介10-11
• 1.1.2 超级电容器的结构11
• 1.1.3 超级电容器的分类11-12
• 1.1.4 超级电容器电极材料12-13
• 1.1.5 超级电容器的特点13-14
• 1.2 石墨烯材料概述14-20
• 1.2.1 石墨烯的结构和性能14-15
• 1.2.2 石墨烯的制备方法15-16
• 1.2.3 石墨烯及其复合材料在超级电容器中的研究进展16-20
• 1.3 Co(OH)_2及Co_3O_4在超级电容器中的应用研究20-21
• 1.4 论文的研究意义、内容及创新点21-23
• 第2章 实验药品和仪器及材料表征方法23-27
• 2.1 实验药品23
• 2.2 实验仪器23-24
• 2.3 材料的结构形貌表征24-25
• 2.4 材料的电化学测试25-27
• 2.4.1 工作电极的制备25
• 2.4.2 工作电极的电化学性能测试25-27
• 第3章 花状氢氧化钴/石墨烯复合材料的制备及其电化学性能研究27-41
• 3.1 引言27
• 3.2 实验部分27-29
• 3.2.1 氧化石墨烯的制备27-28
• 3.2.2 花状氢氧化钴/石墨烯复合材料的制备28-29
• 3.3 结果与讨论29-40
• 3.3.1 GO的形貌和结构表征29-30
• 3.3.2 GFC复合材料的形貌和结构表征30-37
• 3.3.3 GFC复合材料的电化学性能测试37-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第4章 叶片簇状氢氧化钻/石墨烯复合材料的制备及其电化学性能研究41-54
• 4.1 引言41
• 4.2 实验部分41-42
• 4.3 结果与讨论42-53
• 4.3.1 GLC复合材料的形貌和结构表征42-50
• 4.3.2 GLC复合材料的电化学性能测试50-53
• 4.4 本章小结53-54
• 第5章 三维石墨烯/聚苯胺/四氧化三钴复合材料的制备及其电化学性能研究54-68
• 5.1 引言54
• 5.2 实验部分54-56
• 5.2.1 氧化石墨烯/聚苯胺的合成及其水热处理54
• 5.2.2 三维石墨烯/聚苯胺/四氧化三钴气凝胶的制备54-56
• 5.3 结果与讨论56-66
• 5.3.1 三维GPC复合材料的形貌和结构表征56-62
• 5.3.2 三维GPC复合材料的电化学性能测试62-66
• 5.4 本章小结66-68
• 第6章 结论与展望68-69
• 6.1 结论68
• 6.2 展望68-69
• 参考文献69-78
• 致谢78-79
• 攻读硕士学位期间发表论文79

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本文编号：1060628