基于石墨烯、二硒化钼层状材料的结构设计与电化学储能研究

发布时间：2024-02-28 19:32

　　近年来,以石墨烯为代表的二维(2D)材料由于其独特的物理、电子和化学性质,在电化学储能领域引起广泛关注。2D材料强烈的面内共价键和原子层厚度使得其具有优异的机械强度、柔性和加工性,高表面积和高度暴露的表面原子为其物理化学性能的调控提供了有利条件。本文采用涂覆蒸发法制备了高柔性、高导电率的轻薄石墨烯膜,成功设计了基于石墨烯膜的不同纳米结构柔性电极,并对所制备材料的微观结构和电化学性能进行了分析和讨论;以二维过渡金属硫属化合物(TMDs)—MoSe₂为锂硫电池硫正极载体,通过对MoSe₂进行相的调控,重点研究了不同相结构MoSe₂对多硫化锂转化动力学的影响。(1)采用一种低成本、易规模化的涂覆蒸发法制备了高柔性、高导电率的轻薄石墨烯膜,实现石墨烯薄膜厚度的可控制备,得出石墨烯膜厚度对超级电容器性能的影响规律。这种薄膜既可以直接作为电极材料使用从而避免使用粘结剂和集流体,也可作为基底材料,通过与金属单质、金属氧化物以及金属硫化物等复合制备复合薄膜材料。(2)以石墨烯膜为基底,设计不同纳米结构的三维阵列赝电容材料(Co_...

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【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1-1不同能源存储系统放电时间和额定功率的比较图（Dunnetal.,2011）

不断消耗引发了能源危机，同时矿物能源燃烧释放的大量温室气体暖，严重污染和破坏了生态环境，因此解决能源枯竭和环境污染问续发展已经成为21世纪社会人类的共同愿望和奋斗目标（KanganPearreandSwan,2015）。为应对这些问题，急需发展可再生的环境效的储能系统....

图1-2二次电池与超级电容器储能机理的比较（Simonetal.,2014）

1.2超级电容器概述超级电容器，又被称为电化学电容器，作为一种新型的储能设备，拥有较多传统的电容器和电池无法比拟的优势。超级电容器具有较高的功率密度，输出功率一般为蓄电池的数十倍，与电池相比，其充放电速度快，可以在极短的时间内完成充放电过程（Wangetal.,2012a）。这....

图1-4超级电容器电荷存储原机理（Bonaccorsoetal.,2015）

其中氧化还原反应的法拉第赝电容和插层式赝电容是最常常在材料表面或者近表面发生快速可逆的氧化还原反应同时也入和脱出。常见的赝电容材料包括：过渡金属氧化物（如RuO2）、氢氧化物（Ni(OH)2）、导电聚合物（PPY、PANI等）、过渡及氮化物等（Linetal.,2018....

图1-5混合型超级电容器电荷存储机理示意图（Wangetal.,2017）

器件中适当地耦合高性能电容型和电池型电极材料。如图1-5所示电容型电极材料为碳质材料（活性炭（AC）、碳纳米管、石墨烯等材料包括嵌入型的层状化合物、转换型金属氧化物和合金型等（17）。在图1-6所示的一个典型例子中，MnO纳米颗粒作为阳极生米片基底上，并通过预锂化达到主....

本文编号：3913918