石墨烯插层复合物和石墨烯基纤维的制备及其电容性能研究

发布时间：2019-09-02 09:24

【摘要】：随着绿色能源如太阳能、风能和水能等的不断发展,能源存储及转换问题成为人们关注的焦点。超级电容器作为一个非常有前景的储能器件,受到众多科研工作者的关注,而对电容器的研究主要集中在电极材料上。本论文制备了不同系列的纳米材料并进行电化学性能测试,期望能够指导高性能电极材料的制备,具体如下:1、脂肪族二胺插层石墨烯的制备及其电容特性研究:以脂肪族二胺为客体分子,与氧化石墨(GO)通过亲核取代反应制备脂肪族二胺插层氧化石墨(DIGOs);然后在室温下采用水合肼还原,制备脂肪族二胺插层石墨烯(DIGs)。对制备的DIGOs和DIGs采用如X-射线衍射、傅里叶红外光谱、拉曼光谱以及元素分析等一系列方法进行表征,结果表明脂肪族二胺成功的嵌入到GO层间,且可以通过调节嵌入物的尺寸精确地控制石墨烯插层复合物的层间距。电化学测试表明:无论是DIGOs还是DIGs的比电容都随着层间距的增大而减小;而经过水合肼还原后,由于导电率和比表面积的增加使得DIGs的比电容增大。动力学研究表明离子在石墨烯插层复合物的吸附过程符合拟二级动力学方程,说明离子扩散速率常数主要由其层间孔径的大小决定。2、石墨烯基碳纳米纤维的制备及其电容特性研究:以聚丙烯腈(PAN)为碳源,N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂,分别加入Hummers法和改进后方法制备的GO,通过静电纺丝技术制备GO/PAN的纳米纤维,接着通过预氧化(280℃,1 h)、碳化(800℃,1 h)步骤制备石墨烯基碳纳米纤维(分别命名为HGCF、IGCF)。对样品采用扫描电子显微镜测试、气体吸附、元素分析和傅里叶红外等一系列表征,结果表明改进后方法制备的GO具有优异的亲水性极易分散减少了片层堆叠,有利于官能团在高温时的脱除,使得其电导率和比表面积都得到提高。对样品进行电化学测试,由于IGCF具有较大的比表面积和电导率,在电流密度为1 A g-1条件下其比电容(156 F g-1)高于HGCF的(118 F g-1),而且更接近理想的双电层电容。
【图文】：

对于大多数产品，重要的是要减少超级电容器的重上，超级电容器的电容性能很大程度上取决于电极材料的比表面材料的孔结构）和电解液的可操作电压窗口（取决于电解液的介电，超级电容器的能量/功率效率和循环寿命也受电极内部电阻以之间接触电阻的影响[10]。纵观近几年对超级电容器的研究，除较大的电解液，适当的调节电极材料的孔径和比表面积对有效提括功率密度和能量存储）起着至关重要的作用。如果想进一步容，，也可以引入其他具有电化学活性的物种。然而限制超级电容因主要是其较低的能量密度以及较高的成本，所以推动超级电容要为：在不损害其功率密度的前提下尽可能的提高其功率表密度且价格低廉的电极材料。电容器的基本原理和结构电容器的基本原理

图 1.2 高比表面积炭材料的电子显微图片：SEM 图片（a）衍生碳微米尺度；（b）介孔硅为模板的衍生碳；（c）活性碳颗粒；（d）沸石模板碳；（e）多层石墨烯片层以及（f）洋葱状碳的 TEM 图片；Figure 1-2 Electron microscopy images of high surface area carbon materials: SEM of (a)micron-scalemicro-/meso-/macro-porous CDC, (b) mesoporous silica-templated CDC, (c) ACparticles, (d) ZTC, (e) multilayer graphene flakes and(f) TEM of carbon onions.
【学位授予单位】：山东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB33;TQ343;TM53

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本文编号：2530851