三维石墨烯基复合材料的制备及其超级电容器性能研究

发布时间：2017-09-12 05:22

  本文关键词：三维石墨烯基复合材料的制备及其超级电容器性能研究

  更多相关文章： 超级电容器 石墨烯 聚苯胺 二硫化钼 二价阳离子插层 气凝胶

【摘要】：近年来全球能源消耗速率飞快,发展可持续能源转换与储备技术成为科学进步的首要问题之一。超级电容器具有长循环寿命、快充放电速率、高功率密度等电化学优势,在能源储备领域显现出优异的应用前景。石墨烯基复合材料可以将双电层电容机理储能和法拉第赝电容相结合,在超级电容器电极材料的研究中表现出强大的应用潜能。本文以石墨烯基复合气凝胶材料——聚苯胺-石墨烯以及二硫化钼-聚苯胺-石墨烯为研究对象,在以下两个方面进行了深入探索：1、研究了聚苯胺-石墨烯二元复合气凝胶电极材料。通过一种简单的阳离子插层处理可以显著优化复合物形貌,提高复合物电化学性能：利用二价阳离子(Ni2+,Co2+,Cu2+,Mn2+)插层氧化石墨烯,再与聚苯胺超声混合作为水热反应前驱物,采用水热法实现氧化石墨烯的还原后冷冻干燥得到最终产物。结果表明,阳离子插层不仅有效增加氧化石墨烯的层间距,并且优化聚苯胺颗粒的尺寸与分布,增加复合物比表面积。复合材料中石墨烯和聚苯胺的物相均存在,阳离子改性后的二元复合物与改性前相比电化学性能有显著提升,具体表现为理想的比电容值、倍率性及循环稳定性。2、研究了二硫化钼-聚苯胺-石墨烯三元复合气凝胶电极材料。通过一种简单的预分散处理可以明显增加复合物的相容性,得到协同作用下的电化学性能：在水热法合成的二硫化钼中原位聚合苯胺单体得到二硫化钼-聚苯胺复合材料,将此复合材料与氧化石墨烯超声混合后水热处理以还原氧化石墨烯,冷冻干燥得到最终产物。结果表明,水热法合成的二硫化钼为花状形貌,其“花瓣”有利于聚苯胺颗粒的分散,与纯聚苯胺颗粒相比有效抑制其团聚,从而增加复合物的比表面积。复合材料中三元组分均存在,石墨烯作为碳框架有效承载了二硫化钼-聚苯胺二元复合材料,其超级电容器性能得到有效提升,具体表现为理想的比电容值、倍率性及循环稳定性。
【关键词】：超级电容器 石墨烯 聚苯胺 二硫化钼 二价阳离子插层 气凝胶
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33;TM53
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-30
• 1.1 引言10
• 1.2 超级电容器10-15
• 1.2.1 超级电容器简介10-12
• 1.2.2 超级电容器的工作原理12-14
• 1.2.3 超级电容器的性能14-15
• 1.3 石墨烯15-18
• 1.3.1 石墨烯简介15-16
• 1.3.2 石墨烯的结构16-17
• 1.3.3 石墨烯的性能17-18
• 1.4 石墨烯基超级电容器研究进展18-28
• 1.4.1 石墨烯基超级电容器电极材料的制备18-19
• 1.4.2 石墨烯基双电层超级电容器19-24
• 1.4.3 石墨烯-聚苯胺-复合物基赝电容器24-28
• 1.5 本文的选题依据和研究内容28-30
• 第二章 复合电极的制备、表征与超级电容器性能评价30-38
• 2.1 实验仪器及试剂30-32
• 2.1.1 实验仪器30-32
• 2.2 石墨烯基复合电极材料的制备32-33
• 2.2.1 氧化石墨烯制备32-33
• 2.3 石墨烯基复合电极材料的表征33-34
• 2.4 超级电容器性能评价34-38
• 2.4.1 电化学测试体系34-35
• 2.4.2 电化学测试方法及性能评价35-38
• 第三章 PANI-rGO-M复合电极材料的制备及性能表征38-58
• 3.1 引言38-39
• 3.2 材料制备、表征及超级电容器性能测试39-41
• 3.2.1 样品制备39-41
• 3.2.2 样品表征41
• 3.2.3 超级电容器性能测试41
• 3.3 结果及讨论41-57
• 3.3.1 氧化石墨烯(GO)的表征41-43
• 3.3.2 还原氧化石墨烯(rGO)的形貌表征43-44
• 3.3.3 PANI-rGO-M复合电极材料的表征44-57
• 3.4 本章小结57-58
• 第四章 MoS_2-PANI-rGO复合电极材料的制备及性能表征58-72
• 4.1 引言58-60
• 4.2 材料制备、表征及超级电容器性能测试60-62
• 4.2.1 样品制备60-61
• 4.2.2 样品表征61
• 4.2.3 超级电容器性能测试61-62
• 4.3 结果及讨论62-70
• 4.3.1 MoS_2-PANI-rGO复合电极材料的表征62-70
• 4.4 本章小结70-72
• 第五章 结论72-74
• 参考文献74-86
• 致谢86-88
• 个人简历88-90
• 攻读学位期间发表的学术论文与取得的其它研究成果90

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本文编号：835335