基于石墨烯和钛酸盐层状材料的嵌入修饰与电化学储能
发布时间：2021-08-11 09:47
随着社会经济的发展,传统化石能源日渐减少,能源问题变成了限制人类社会可持续发展的关键要素。解决能源危机的重要手段是实现可再生能源如风能、太阳能等的有效利用,进而替代传统的化石能源。为了解决新型绿色能源以及能源利用过程中存在的种种问题,人们对储能设备性能的要求不断提高。超级电容器（SCs）和钠离子电池（SIBs）被认为是最有发展前途的储能系统。SCs因其具有大功率密度和超长的循环寿命等优势得到普遍关注,它填补了传统静电容器和化学电池之间的空白。因为地壳中钠资源丰富和低成本,SIBs成为锂离子电池（LIBs）在大规模储能应用最有前途的替代品之一。本论文主要对石墨烯夹心活性炭复合电极的制备及其在超级电容器中的应用、Fe3O4@Na2Ti3O7/碳氮掺杂复合材料的制备及其在钠离子电池中的应用开展研究。具体研究内容如下:工作一:用改性Hummers法制备氧化石墨烯（GO）,通过逐层自组装的方法,在铜箔与弱酸性溶液的界面,诱导GO进行原位生长,成功地制备了还原氧化石墨烯（rGO）夹心活性炭（AC）颗粒的薄膜（AC/rGO）。通过各种表征手段对薄膜材料进行表征,发现AC有效地抑制了rGO片层间的堆叠...
【文章来源】：桂林理工大学广西壮族自治区
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
超级电容器的结构示意图
桂林理工大学硕士学位论文4是表现出赝电容性质。需要特别指出的是，赝电容电极的电容通常包括是赝电容和双电层电容的共同贡献，因此在赝电容电极中，这两种储存机理是并存的。图1.2超级电容器的两种储电机理(a)双电层电容和(b)赝电容电容[10]Figure1.2Twostoragemechanismsofsupercapacitors(a)double-layercapacitorand(b)pseudo-capacitorcapacitor[10].1.2.4超级电容器电极材料的研究进展在目前超级电容器的研究中，电极材料是制约技术发展的核心，因此，大部分研究都是围绕着开发各类比功率高和比容量高的极化电极材料进行的。当下，用于制作超级电容器的电极材料主要包括碳基材料、导电聚合物及其复合材料和过渡金属氧化物及其复合材料。1.2.4.1金属氧化物类超级电容器电极赝电容电容器通常选用能进行氧化还原反应的材料，电极材料为金属氧化物的超级电容器的储能机理以赝电容为主。其中，化学沉淀方法和高温退火的方法可以获得具有高结晶性的纳米微球分级结构，该结构不仅比表面积高，而且电化学性能优异。而溶胶-凝胶法可以制备不同结构形貌的纳米材料，Kim等[10]采用溶胶-凝胶法制备了三种结构形貌的纳米NiO，其中花状结构的纳米NiO的比表面积最大，电化学性能也最为优异。相比于其他方法，采用电沉积法制备的金属氧化物电极在超级电容器中往往具有更大的比容量，但是由于工艺相对复杂，难以在生产实际中应用。
娌牧希?哂行矶嘤乓斓男阅埽??昀慈嗣嵌运?诙喔龌??储能领域中的应用进行了研究，如储氢、超级电容器、锂离子电池、锂硫电池和锂-空气电池等。与大多数材料一样，石墨烯基材料虽然具有理想的体积性能，但是却很少具有储能应用所需的表面特性[18]。使用单一石墨烯制成的电极材料往往很难将它的优秀性能完全体现出来，因此科研工作者通过各种方法将金属氧化物、导电聚合物和其它类型的碳材料等均匀地分散于石墨烯层间和表面，以期在石墨烯片层间形成阻隔，阻止其层层堆积，从而达到增加石墨烯的有效比表面积和比容量的目的。图1.3展示了石墨烯在不同类型超级电容器中的作用及相应性能(基于电极材料)[19]。图1.3石墨烯在不同类型超级电容器中的作用及相应性能(基于电极材料)[19]Figure1.3Rolesofgrapheneindifferenttypesofsupercapacitorsandthecorrespondingperformance(basedonelectrodematerials)[19].
【参考文献】：
期刊论文
[1]高性能钠离子电池负极材料的研究进展[J]. 朱子翼,张英杰,董鹏,孟奇,曾晓苑,章艳佳,吉金梅,和秋谷,黎永泰,李雪. 化工进展. 2019(05)
[2]考虑微电网联络线利用率的混合储能容量优化[J]. 孟明,吴亚帆,苏亚慧. 现代电力. 2018(01)
[3]钠离子电池工作原理及关键电极材料研究进展[J]. 郭晋芝,万放,吴兴隆,张景萍. 分子科学学报. 2016(04)
本文编号：3335940
【文章来源】：桂林理工大学广西壮族自治区
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
超级电容器的结构示意图
桂林理工大学硕士学位论文4是表现出赝电容性质。需要特别指出的是，赝电容电极的电容通常包括是赝电容和双电层电容的共同贡献，因此在赝电容电极中，这两种储存机理是并存的。图1.2超级电容器的两种储电机理(a)双电层电容和(b)赝电容电容[10]Figure1.2Twostoragemechanismsofsupercapacitors(a)double-layercapacitorand(b)pseudo-capacitorcapacitor[10].1.2.4超级电容器电极材料的研究进展在目前超级电容器的研究中，电极材料是制约技术发展的核心，因此，大部分研究都是围绕着开发各类比功率高和比容量高的极化电极材料进行的。当下，用于制作超级电容器的电极材料主要包括碳基材料、导电聚合物及其复合材料和过渡金属氧化物及其复合材料。1.2.4.1金属氧化物类超级电容器电极赝电容电容器通常选用能进行氧化还原反应的材料，电极材料为金属氧化物的超级电容器的储能机理以赝电容为主。其中，化学沉淀方法和高温退火的方法可以获得具有高结晶性的纳米微球分级结构，该结构不仅比表面积高，而且电化学性能优异。而溶胶-凝胶法可以制备不同结构形貌的纳米材料，Kim等[10]采用溶胶-凝胶法制备了三种结构形貌的纳米NiO，其中花状结构的纳米NiO的比表面积最大，电化学性能也最为优异。相比于其他方法，采用电沉积法制备的金属氧化物电极在超级电容器中往往具有更大的比容量，但是由于工艺相对复杂，难以在生产实际中应用。
娌牧希?哂行矶嘤乓斓男阅埽??昀慈嗣嵌运?诙喔龌??储能领域中的应用进行了研究，如储氢、超级电容器、锂离子电池、锂硫电池和锂-空气电池等。与大多数材料一样，石墨烯基材料虽然具有理想的体积性能，但是却很少具有储能应用所需的表面特性[18]。使用单一石墨烯制成的电极材料往往很难将它的优秀性能完全体现出来，因此科研工作者通过各种方法将金属氧化物、导电聚合物和其它类型的碳材料等均匀地分散于石墨烯层间和表面，以期在石墨烯片层间形成阻隔，阻止其层层堆积，从而达到增加石墨烯的有效比表面积和比容量的目的。图1.3展示了石墨烯在不同类型超级电容器中的作用及相应性能(基于电极材料)[19]。图1.3石墨烯在不同类型超级电容器中的作用及相应性能(基于电极材料)[19]Figure1.3Rolesofgrapheneindifferenttypesofsupercapacitorsandthecorrespondingperformance(basedonelectrodematerials)[19].
【参考文献】：
期刊论文
[1]高性能钠离子电池负极材料的研究进展[J]. 朱子翼,张英杰,董鹏,孟奇,曾晓苑,章艳佳,吉金梅,和秋谷,黎永泰,李雪. 化工进展. 2019(05)
[2]考虑微电网联络线利用率的混合储能容量优化[J]. 孟明,吴亚帆,苏亚慧. 现代电力. 2018(01)
[3]钠离子电池工作原理及关键电极材料研究进展[J]. 郭晋芝,万放,吴兴隆,张景萍. 分子科学学报. 2016(04)
本文编号：3335940
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3335940.html
