柔性石墨烯薄膜的制备及电化学性能研究
发布时间：2024-11-03 03:32
基于石墨烯电极材料的超级电容器由于具有使用寿命长、功率密度高、大功率充放电过程中安全性能好等优点在近年来受到广泛的研究。但是相对较低的能量密度限制了其在诸多领域中的应用。因此,在不损失石墨烯电极材料的倍率性能和功率密度的前提下,提升石墨烯基超级电容器的能量密度仍然是储能领域研究中的热点和难点。本论文以提升超级电容器能量密度为最终目标,利用具有高倍率性能的石墨烯材料作为电极骨架,通过非共价修饰的方式将具有法拉第赝电容活性的有机分子复合到电极骨架中,从而实现有机分子功能化柔性石墨烯水凝胶薄膜的制备。并对功能化石墨烯水凝胶薄膜在锌离子混合超级电容器和对称超级电容器中的电化学性能进行了探究,具体研究内容如下:（1）采用低温绿色的还原手段制备获得具有鱼鳞状微观形貌的苝四甲酸二酐分子（PTCDA）功能化石墨烯水凝胶薄膜。由于充放电过程中PTCDA分子烯醇化反应的发生,电极材料赝电容性能得到显著增强,以PTCDA/rGO水凝胶薄膜作为阴极的锌离子混合超级电容器展示出162.8 mAh g-1的放电容量和最高可达120.5Wh kg-1的能量密度。此外在石墨烯...
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 超级电容器
1.2.1 超级电容器的储能机理
1.2.1.1 双电层电容
1.2.1.2 赝电容
1.2.2 超级电容器的结构分类
1.3 石墨烯的基本性质及制备方法
1.3.1 石墨烯的基本性质
1.3.2 石墨烯的制备方法
1.3.2.1 化学还原法制备石墨烯
1.3.2.2 热还原法制备石墨烯
1.3.2.3 电化学还原法制备石墨烯
1.4 石墨烯水凝胶电极在超级电容器中的研究进展
1.4.1 微观结构构筑在石墨烯水凝胶电极中的应用
1.4.2 异质元素掺杂在石墨烯水凝胶电极中的应用
1.4.3 活性材料复合在石墨烯水凝胶电极中的应用
1.5 论文选题思路及主要研究内容
第二章 实验材料及表征
2.1 实验药品
2.2 实验仪器及表征设备
2.3 表征方法
2.3.1 扫描电子显微镜
2.3.2 X射线光电子能谱
2.3.3 激光拉曼光谱
2.3.4 X射线衍射图谱
2.3.5 氮气吸附测试
2.3.6 四探针测试
2.4 电化学测试方法
2.4.1 循环伏安测试
2.4.2 恒电流充放电测试
2.4.3 电化学阻抗谱测试
第三章 鱼鳞状PTCDA/rGO水凝胶薄膜的制备及其在锌离子混合超级电容器中的应用
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 电极材料设计思路
3.2.2 电极材料的制备
3.2.2.1 GO的制备
3.2.2.2 PTCDA/rGO水凝胶薄膜的制备
3.2.3 器件组装及电化学测试
3.2.4 DFT计算
3.2.5 计算公式
3.3 结果与讨论
3.3.1 材料特征分析
3.3.1.1 SEM分析
3.3.1.2 XRD和 Raman分析
3.3.1.3 XPS分析
3.3.1.4 比表面积及孔隙结构分析
3.3.1.5 四探针、接触角分析和机械性能展示
3.3.2 电化学性能分析
3.3.2.1 性能评估
3.3.2.2 储能机理分析
3.4 本章小结
第四章 PTCDA/rGO水凝胶薄膜在对称超级电容器中的应用及柔性固态器件性能研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 电极材料制备
4.2.2 电化学测试及器件组装
4.2.3 计算公式
4.3 结果与讨论
4.3.1 对称超级电容器电化学性能评估
4.3.2 柔性固态器件电化学性能评估
4.4 本章小结
第五章 全文总结与展望
5.1 全文总结
5.2 后续工作展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果
本文编号：4010612
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 超级电容器
1.2.1 超级电容器的储能机理
1.2.1.1 双电层电容
1.2.1.2 赝电容
1.2.2 超级电容器的结构分类
1.3 石墨烯的基本性质及制备方法
1.3.1 石墨烯的基本性质
1.3.2 石墨烯的制备方法
1.3.2.1 化学还原法制备石墨烯
1.3.2.2 热还原法制备石墨烯
1.3.2.3 电化学还原法制备石墨烯
1.4 石墨烯水凝胶电极在超级电容器中的研究进展
1.4.1 微观结构构筑在石墨烯水凝胶电极中的应用
1.4.2 异质元素掺杂在石墨烯水凝胶电极中的应用
1.4.3 活性材料复合在石墨烯水凝胶电极中的应用
1.5 论文选题思路及主要研究内容
第二章 实验材料及表征
2.1 实验药品
2.2 实验仪器及表征设备
2.3 表征方法
2.3.1 扫描电子显微镜
2.3.2 X射线光电子能谱
2.3.3 激光拉曼光谱
2.3.4 X射线衍射图谱
2.3.5 氮气吸附测试
2.3.6 四探针测试
2.4 电化学测试方法
2.4.1 循环伏安测试
2.4.2 恒电流充放电测试
2.4.3 电化学阻抗谱测试
第三章 鱼鳞状PTCDA/rGO水凝胶薄膜的制备及其在锌离子混合超级电容器中的应用
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 电极材料设计思路
3.2.2 电极材料的制备
3.2.2.1 GO的制备
3.2.2.2 PTCDA/rGO水凝胶薄膜的制备
3.2.3 器件组装及电化学测试
3.2.4 DFT计算
3.2.5 计算公式
3.3 结果与讨论
3.3.1 材料特征分析
3.3.1.1 SEM分析
3.3.1.2 XRD和 Raman分析
3.3.1.3 XPS分析
3.3.1.4 比表面积及孔隙结构分析
3.3.1.5 四探针、接触角分析和机械性能展示
3.3.2 电化学性能分析
3.3.2.1 性能评估
3.3.2.2 储能机理分析
3.4 本章小结
第四章 PTCDA/rGO水凝胶薄膜在对称超级电容器中的应用及柔性固态器件性能研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 电极材料制备
4.2.2 电化学测试及器件组装
4.2.3 计算公式
4.3 结果与讨论
4.3.1 对称超级电容器电化学性能评估
4.3.2 柔性固态器件电化学性能评估
4.4 本章小结
第五章 全文总结与展望
5.1 全文总结
5.2 后续工作展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果
本文编号：4010612
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/4010612.html
