石墨烯/硫杂化材料的液相制备及锂硫电池性能研究
发布时间：2021-12-09 20:08
碳纳米材料由于其优异的导电性、大的比表面积、良好的化学稳定性以及形态结构的多样化,成为能源储存与转化器件中的关键组分。石墨烯,作为一种具有单原子厚度的sp2杂化碳材料,由于其独特的物理化学性质,被广泛应用在光电、储能、生物等各个领域。更重要的是,石墨烯是组成其他碳纳米材料的基元结构,因此,基于石墨烯结构单元构筑多功能的碳基储能材料对于推动储能器件的发展具有重要作用。本文从石墨烯的宏量制备及储能应用出发,讨论了石墨烯的低温解理制备机理,阐明其对规模化应用的重要性并发展了一系列基于石墨烯的锂硫电池正极材料溶液相制备方法,主要包括:以硫化氢为还原剂实现了氧化石墨烯的还原和石墨烯/硫杂化材料的低温溶液相制备;构筑了具有高体积容量的高密度多孔石墨烯/硫三维宏观体材料;开发了基于含硫气体的可分散型纳米硫的制备方法,拓展了碳硫复合材料的溶液相制备方法。考察了石墨烯的结构与表面化学对电化学性能的影响。对低温负压解理法制备石墨烯机理进行系统探讨,提出营造片层内外足够的压力差是实现氧化石墨解理的关键;探究了不同尺寸石墨原料对于石墨烯结构性质的影响,结果表明低温负压解理能够有效消除不同尺寸原料的影响;二次热...
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：123 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 石墨烯的性质及制备方法
1.2.1 结构与性质
1.2.2 制备方法及原理
1.3 石墨烯在能源储存与转化器件中的应用
1.3.1 应用体系与形式
1.3.2 应用瓶颈-低的体积能量密度
1.4 锂硫电池发展现状及瓶颈
1.4.1 工作原理
1.4.2 存在的问题
1.5 石墨烯在锂硫电池中的应用
1.5.1 正极体系
1.5.2 功能性隔膜
1.6 本论文的研究目的、内容及意义
第二章 实验装置与制备方法
2.1 实验试剂和原料
2.2 主要实验设备与仪器
2.3 材料表征设备及原理
2.4 电化学测试方法及原理
2.4.1 测试仪器及方法
2.4.2 电极的制备及电池的组装
2.5 氧化石墨的制备及分散
2.5.1 氧化石墨的制备
2.5.2 氧化石墨烯分散液的制备
第三章 石墨烯低温负压解理机理探索及表面化学调控
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 氧化石墨的制备
3.2.2 石墨烯的制备及二次热处理
3.3 不同石墨及氧化石墨结构表征
3.4 低温负压解理石墨烯的形貌与结构
3.5 热处理方式对石墨烯结构与电化学性质的影响
3.6 低温负压化学解理制备石墨烯机理探讨
3.7 本章小结
第四章 基于硫化氢还原的石墨烯/硫杂化材料溶液相制备及锂硫电池性能研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 硫化氢的制备
4.2.2 硫化氢还原石墨烯/硫(HRGO/S)和传统石墨烯/硫的制备
4.2.3 锂硫电池的装配及电化学测试条件
4.3 硫化氢对氧化石墨烯的高效还原
4.4 HRGO/S的微观结构及化学状态
4.5 HRGO/S的电化学性能表征
4.6 本章小结
第五章 高致密性石墨烯/硫杂化材料的可控构建及体积容量特性研究
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 石墨烯/硫水凝胶的制备
5.2.2 高密度石墨烯/硫宏观体（HDGS）的制备
5.2.3 锂硫电池的装配及电化学测试条件
5.3 石墨烯/硫水凝胶及HDGS形成机理
5.4 HDGS的微观结构与性质
5.5 高体积比容量HDGS电化学性能
5.6 本章小结
第六章 高分散性硫的溶液相制备及应用探索
6.1 引言
6.2 实验部分
6.2.1 高分散性硫的制备
6.2.2 碳硫杂化材料的制备
6.3 高分散性硫的结构与分散性
6.4 高分散性硫的电化学性能表征
6.5 碳硫杂化材料的溶液相制备及电化学性能
6.5.1 石墨烯/高分散性硫(G/DS)的结构和性能表征
6.5.2 碳纳米管/高分散性硫(CNT/S)的结构与性能表征
6.6 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 本文主要结论
7.2 本文主要创新点
7.3 今后工作展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢
本文编号：3531234
【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：123 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 石墨烯的性质及制备方法
1.2.1 结构与性质
1.2.2 制备方法及原理
1.3 石墨烯在能源储存与转化器件中的应用
1.3.1 应用体系与形式
1.3.2 应用瓶颈-低的体积能量密度
1.4 锂硫电池发展现状及瓶颈
1.4.1 工作原理
1.4.2 存在的问题
1.5 石墨烯在锂硫电池中的应用
1.5.1 正极体系
1.5.2 功能性隔膜
1.6 本论文的研究目的、内容及意义
第二章 实验装置与制备方法
2.1 实验试剂和原料
2.2 主要实验设备与仪器
2.3 材料表征设备及原理
2.4 电化学测试方法及原理
2.4.1 测试仪器及方法
2.4.2 电极的制备及电池的组装
2.5 氧化石墨的制备及分散
2.5.1 氧化石墨的制备
2.5.2 氧化石墨烯分散液的制备
第三章 石墨烯低温负压解理机理探索及表面化学调控
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 氧化石墨的制备
3.2.2 石墨烯的制备及二次热处理
3.3 不同石墨及氧化石墨结构表征
3.4 低温负压解理石墨烯的形貌与结构
3.5 热处理方式对石墨烯结构与电化学性质的影响
3.6 低温负压化学解理制备石墨烯机理探讨
3.7 本章小结
第四章 基于硫化氢还原的石墨烯/硫杂化材料溶液相制备及锂硫电池性能研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 硫化氢的制备
4.2.2 硫化氢还原石墨烯/硫(HRGO/S)和传统石墨烯/硫的制备
4.2.3 锂硫电池的装配及电化学测试条件
4.3 硫化氢对氧化石墨烯的高效还原
4.4 HRGO/S的微观结构及化学状态
4.5 HRGO/S的电化学性能表征
4.6 本章小结
第五章 高致密性石墨烯/硫杂化材料的可控构建及体积容量特性研究
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 石墨烯/硫水凝胶的制备
5.2.2 高密度石墨烯/硫宏观体（HDGS）的制备
5.2.3 锂硫电池的装配及电化学测试条件
5.3 石墨烯/硫水凝胶及HDGS形成机理
5.4 HDGS的微观结构与性质
5.5 高体积比容量HDGS电化学性能
5.6 本章小结
第六章 高分散性硫的溶液相制备及应用探索
6.1 引言
6.2 实验部分
6.2.1 高分散性硫的制备
6.2.2 碳硫杂化材料的制备
6.3 高分散性硫的结构与分散性
6.4 高分散性硫的电化学性能表征
6.5 碳硫杂化材料的溶液相制备及电化学性能
6.5.1 石墨烯/高分散性硫(G/DS)的结构和性能表征
6.5.2 碳纳米管/高分散性硫(CNT/S)的结构与性能表征
6.6 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 本文主要结论
7.2 本文主要创新点
7.3 今后工作展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢
本文编号：3531234
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