还原氧化石墨烯平面片上电极及超级电容研究
本文选题:还原氧化石墨烯 + 层层交替旋涂 ; 参考:《哈尔滨理工大学》2017年硕士论文
【摘要】:小型化、可穿戴式电子产品的发展增加了人们对于新型能源存储系统的需求,平面超级电容器作为可与其高度兼容的、具有高储能密度的、功能集成化的微型储能器件应运而生。平面超级电容器离子传输路径较短,所以具备更好的功率特性。石墨烯作为凝聚态物理领域的新成员,由于独特的力学和电学性能,几乎满足了研究学者对平面超级电容器电极材料的所有要求。本文基于氧化石墨还原法的科学原理,探究了氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO)、GO薄膜、还原氧化石墨烯(Reduced Graphene Oxide,R-GO)薄膜的制备工艺。首先以不同浓度的GO水溶液为原料,以具备阳离子电性的聚乙烯亚胺水溶液为粘结剂,在300nm氧化层的硅片上采用层层交替旋涂法制备出GO薄膜,再利用化学试剂HI酸对其进行低温还原,得到R-GO平面片上薄膜电极。通过表征,可以得出R-GO薄膜的碳氧原子比高达11.55。本文通过调节旋涂时GO水溶液的浓度和旋涂的次数得到了不同性能的R-GO薄膜,结果表明,随着旋涂时GO水溶液浓度的增加,R-GO薄膜间的电子迁移率增加,R-GO薄膜的导电性能增强。随着旋涂次数的增加,R-GO薄膜层间由于具有绝缘性质的粘结剂聚乙烯亚胺的作用,薄膜的导电性能显著降低。最后确定当浓度为2mg/ml、交替旋涂1次时,R-GO薄膜的厚度为26.4nm,电导率达到766.96Scm-1。本文在掌握平面超级电容器研究进展的前提下,以R-GO薄膜为电极,制备出了全固态平面超级电容器,通过对平面超级电容器进行循环伏安测试,探究了平面超级电容器的超级电容特性。结果显示:扫描速率越小,平面超级电容器的循环伏安特性越好,电容特性越优。当扫描速率为50mVs-1时,对应的面积比电容为344.89μFcm-2,体积比电容为43.11Fcm-3,能量密度为17.24m Whcm-3,本文为基于还原氧化石墨烯电极的全固态平面微型片上超级电容器的研究提供了重要参考。
[Abstract]:The development of miniaturization and wearable electronic products has increased the demand for new energy storage systems. Plane supercapacitors are highly compatible with them and have high energy storage density.Functional integrated micro energy storage devices emerge as the times require.The ion transmission path of planar supercapacitor is shorter, so it has better power characteristic.As a new member of condensed matter physics, graphene, due to its unique mechanical and electrical properties, meets almost all the requirements of researchers for planar supercapacitor electrode materials.Based on the scientific principle of graphite oxide reduction method, the preparation process of graphene oxide Graphene oxide R-GOA thin film is studied in this paper.In this paper, go films were prepared by using different concentrations of go aqueous solution as raw material and polyethyleneimide aqueous solution with cationic electrical properties as binder. The layer by layer alternating spin coating method was used on the silicon substrate of 300nm oxide layer.The thin film electrode on R-GO plane was obtained by using the chemical reagent HI acid to reduce it at low temperature.The ratio of carbon to oxygen atoms in R-GO films is as high as 11.55.In this paper, R-GO films with different properties were obtained by adjusting the concentration of go aqueous solution and the times of spin-coating. The results show that with the increase of the concentration of go aqueous solution, the electron mobility between the films increases and the conductivity of R-GO thin films increases.With the increase of spin-coating times, the conductivity of R-GO thin films decreases significantly due to the effect of the insulating binder polyimide.Finally, when the concentration is 2 mg / ml, the thickness of R-GO film is 26.4nmand the conductivity is 766.96Scm-1.In this paper, on the premise of mastering the research progress of planar supercapacitors, the all-solid-state planar supercapacitors were fabricated with R-GO thin film as electrode, and the cyclic voltammetry of planar supercapacitors was measured.The supercapacitor characteristics of planar supercapacitors are investigated.The results show that the lower the scanning rate, the better the cyclic voltammetry and capacitance characteristics of planar supercapacitors.When the scanning rate is 50mVs-1, the area specific capacitance is 344.89 渭 Fcm-2, the volume specific capacitance is 43.11Fcm-3, and the energy density is 17.24m Whcm-3. This paper provides an important reference for the study of all-solid-state planar supercapacitor based on reduced-graphene electrode.
【学位授予单位】:哈尔滨理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TM53;TB383.2
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,本文编号:1731948
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