金属硫化物/石墨烯复合材料的电化学行为调控及电容效应研究
发布时间：2021-06-14 14:28
作为一种重要的储能系统,超级电容器具有功率密度高、循环寿命长及工作温度宽等优点,但与电池系统相比,超级电容器的能量密度低了几个数量级。根据能量密度公式E=?CV2可知,增加电极材料的比电容C和扩宽电势窗V是提升超级电容器能量密度的关键。过渡金属铜基、镍基硫化物因其比电容高、结构多样而成为当前研究的热点。但是,硫化物较差的电子传输速率和热稳定性导致了其较差的倍率性能和循环寿命。三维石墨烯具有多孔连续网络结构和优异的电子传输速率,可以作为一种理想的导电基底,与硫化物复合可以提高电极材料整体的电化学性能。基于此,本论文设计了不同结构的铜基、镍基硫化物,并将其与三维石墨烯复合,制备出具有三维导电通道的硫化物/石墨烯复合电极材料。从电极材料的结构优化、非对称器件的构造角度出发,探索了电极材料的结构与电化学性能的关系,以及其在固态电容器中的应用。所取得的主要研究成果可以归纳为如下:（1）通过控制反应体系对硫化铜（Copper Sulfide,CuS）进行合理的结构设计和组装,并与三维石墨烯（Three-dimensional Graphene,3DG）进行复合。研究发现,在水...
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：131 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
电化学储能器件拉贡曲线图
如图1-2(a)所示的紧密结构[14, 15]。其中，正负离子规则的位于电极材料与界面的两侧，类似于传统平板电容器中的电荷分布，这个结构可以等效为一个平板电容器，并可用如下公式描述单侧的电荷密度( )与两层电荷间的电势差(V)的关系，其中，d 为正负电荷中心的距离[16]。σ = 0 (1-2)而且，该电容器的电容（Cd）可表示为 = = 0 (1-3)Helmholtz 模型在早期尽管对电容现象的发展做出了巨大贡献，但是该模型有一个不可忽略的缺陷：只考虑了电极材料表面对电解液中反离子的静电吸附作用，而忽视了反离子的热运动，并且没有考虑带电粒子的溶剂化现象。之后，Gouy 和 Chapman 改进了这个模型，即 Gouy-Chapman 模型，该模型提出了一个扩散双电层模型，认为介质中的反离子不仅受固体表面离子的静电吸引力，使其整齐地排列在表面，而且受到热运动的影响，使其离开表面，无规则的分散在介质中。形成了如图 1-2(b)所示的结构。但是Gouy-Chapman 模型同样存在缺陷，一是没有考虑离子大小，二是没有考虑邻近表面的离子由于受到固体表面静电作用和 Van der Waals 引力
图 1-3 赝电容的三种类型[24]Figure 1-3 Three types of pseudocapacitor金属离子在表面远高于其氧化还原电位的不同的金属上形成吸附单层时，位沉积，但是只能发生 Cu，Pb 这种功函数较小的金属向 Au，Pt 这种功函进行沉积。氧化还原赝电容是离子被电化学吸附在具有法拉第电荷转移的成的。而当离子插入到氧化还原活性物质的层间，同时有法拉第电荷转移时，就会形成插层型赝电容。插层赝电容是一种新型的赝电容形式，它不池的插层，材料在反应过程并没有相变产生。典型的赝电容材料，包括过、氢氧化物、硫化物，导电聚合物等材料[25]。三种不同类型的赝电容是由过程和不同类型的材料而导致的。超级电容器组成
【参考文献】：
期刊论文
[1]拉曼光谱在石墨烯结构表征中的应用[J]. 吴娟霞,徐华,张锦. 化学学报. 2014(03)
本文编号：3230024
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：131 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
电化学储能器件拉贡曲线图
如图1-2(a)所示的紧密结构[14, 15]。其中，正负离子规则的位于电极材料与界面的两侧，类似于传统平板电容器中的电荷分布，这个结构可以等效为一个平板电容器，并可用如下公式描述单侧的电荷密度( )与两层电荷间的电势差(V)的关系，其中，d 为正负电荷中心的距离[16]。σ = 0 (1-2)而且，该电容器的电容（Cd）可表示为 = = 0 (1-3)Helmholtz 模型在早期尽管对电容现象的发展做出了巨大贡献，但是该模型有一个不可忽略的缺陷：只考虑了电极材料表面对电解液中反离子的静电吸附作用，而忽视了反离子的热运动，并且没有考虑带电粒子的溶剂化现象。之后，Gouy 和 Chapman 改进了这个模型，即 Gouy-Chapman 模型，该模型提出了一个扩散双电层模型，认为介质中的反离子不仅受固体表面离子的静电吸引力，使其整齐地排列在表面，而且受到热运动的影响，使其离开表面，无规则的分散在介质中。形成了如图 1-2(b)所示的结构。但是Gouy-Chapman 模型同样存在缺陷，一是没有考虑离子大小，二是没有考虑邻近表面的离子由于受到固体表面静电作用和 Van der Waals 引力
图 1-3 赝电容的三种类型[24]Figure 1-3 Three types of pseudocapacitor金属离子在表面远高于其氧化还原电位的不同的金属上形成吸附单层时，位沉积，但是只能发生 Cu，Pb 这种功函数较小的金属向 Au，Pt 这种功函进行沉积。氧化还原赝电容是离子被电化学吸附在具有法拉第电荷转移的成的。而当离子插入到氧化还原活性物质的层间，同时有法拉第电荷转移时，就会形成插层型赝电容。插层赝电容是一种新型的赝电容形式，它不池的插层，材料在反应过程并没有相变产生。典型的赝电容材料，包括过、氢氧化物、硫化物，导电聚合物等材料[25]。三种不同类型的赝电容是由过程和不同类型的材料而导致的。超级电容器组成
【参考文献】：
期刊论文
[1]拉曼光谱在石墨烯结构表征中的应用[J]. 吴娟霞,徐华,张锦. 化学学报. 2014(03)
本文编号：3230024
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