碳纳米材料及其复合材料的合成以及电化学电容性能研究

发布时间：2017-03-19 17:10

  本文关键词：碳纳米材料及其复合材料的合成以及电化学电容性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：超级电容器因为其高的功率密度以及长的循环寿命而被认为是一种很有前景的能量储存装置。单一材料作为超级电容器的电极会因为材料自身某些不足而无法获得满意的电化学性能。因此,综合多种材料优点的纳米复合材料是目前的研究热点。本论文以石墨烯和多壁碳纳米管作为原材料,通过改性的方法合成出具有特殊形貌的碳纳米材料,并以其为基材制备出复合材料以改进电化学性能。研究结果如下：(1)利用改进的Hummers法将多壁碳纳米管沿横向以及纵向切开制备出氧化的卷曲石墨烯纳米带(OCGNR),在其悬浊液中原位聚合苯胺制得聚苯胺(PANI),再通过水热法合成出纳米针状的二氧化锰(Mn02)点缀其中,然后经水合肼还原得到三维的CGNR/PANI/Mn02。研究表明,当附着的Mn02含量为16 wt%时,复合材料显示出优异的电化学性能,在三电极体系中其比电容值能达到496 F g~(-1)(电流密度1 A g~(-1)),在扫速50 mV s~(-1)下循环5000个周期,依然能保持初始电容的81.1%。复合材料在两电极体系中的电容值也能达到103 F g-2(电流密度0.5 A g~(-1)),在2.5kW kg~(-1)高功率密度下,其能量密度达到11.3 Wh kg~(-1)。以上测试结果表明,CGNR/PANI/MnO2复合材料是一种很有前景的电极材料。(2)在氧化石墨(GO)和氧化卷曲石墨烯纳米带的均匀悬浊液中原位聚合苯胺,再通过水合肼还原制备出RGO/CGNR/PANI复合材料。对电极材料进行电化学表征,在三电极体系中,电流密度为1A g~(-1)时,其比电容值为405 F g-,表现出优异的电容性能。在两电极体系中电容器的比电容值能达到71.3 F g~(-1)(0.5 Ag~(-1)),能量密度为9.93 Wh kg~(-1)(功率密度为250 Wkg~(-1)时)。在2000次循环后复合材料的比容量保持率为80.5%,具有长的使用寿命。(3)通过微爆法制备出高度变形的石墨烯(HDG),形貌表征显示HDG呈蓬松状态,表面有大量褶皱和折叠等变形态的石墨烯。比表面积测试(BET)以及X射线衍射(XRD)结果表明,这些变形的石墨烯在一定程度上抑制了石墨烯的层层堆叠提高了比表面积。三电极体系下的电化学测试结果说明,在1 A g~(-1)的电流密度下,HDG的比电容值(206 F g~(-1))要远高于RGO(118Fg~(-1)),即使在10 Ag~(-1)的高电流密度下,HDG仍能保持152 F g~(-1)的比电容值。2000次循环后,HDG保持初始电容值的92.7%,显示出优异的循环稳定性。
【关键词】：超级电容器 卷曲石墨烯纳米带 聚苯胺 二氧化锰 高度变形石墨烯
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11;TM53
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-23
• 1.1 引言10
• 1.2 超级电容器概述10-13
• 1.2.1 超级电容器简介10-11
• 1.2.2 超级电容器的优势11-12
• 1.2.3 超级电容器应用及发展前景12-13
• 1.3 超级电容器储能机理13-14
• 1.3.1 双电层电容器13-14
• 1.3.2 法拉第电容器14
• 1.4 超级电容器电极材料14-20
• 1.4.1 碳材料14-17
• 1.4.2 过渡金属氧化物17-18
• 1.4.3 导电聚合物18-20
• 1.5 基于碳材料以及复合电极材料作为超电容电极材料的研究进展20-21
• 1.5.1 碳基材料20-21
• 1.5.2 基于碳纳米材料的复合材料21
• 1.6 本课题的选题背景及研究内容21-23
• 第2章 卷曲的石墨烯纳米带/聚苯胺/二氧化锰复合材料的合成以及在超级电容器中的应用23-37
• 2.1 前言23-24
• 2.2 实验部分24-26
• 2.2.1 实验药品24
• 2.2.2 实验仪器24
• 2.2.3 实验所需溶液24-25
• 2.2.4 材料制备25
• 2.2.5 材料表征25-26
• 2.2.6 材料电化学测试26
• 2.3 结果与讨论26-35
• 2.3.1 电极材料的形貌分析26-28
• 2.3.2 电极材料的结构表征28-30
• 2.3.3 电极材料电化学测试30-35
• 2.4 本章小结35-37
• 第3章 还原的氧化石墨/石墨烯纳米带/聚苯胺复合材料的合成以及在超级电容器中的应用37-47
• 3.1 前言37
• 3.2 实验部分37-39
• 3.2.1 实验药品37-38
• 3.2.2 实验仪器38
• 3.2.3 实验所需溶液38
• 3.2.4 材料制备38-39
• 3.2.5 材料表征39
• 3.2.6 材料电化学测试39
• 3.3 结果与讨论39-46
• 3.3.1 电极材料的形貌以及结构分析39-41
• 3.3.2 电极材料电化学测试41-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第4章 高度变形石墨烯的制备以及在超级电容器中的应用47-56
• 4.1 前言47
• 4.2 实验部分47-49
• 4.2.1 实验药品47-48
• 4.2.2 实验仪器48
• 4.2.3 实验所需溶液48
• 4.2.4 材料制备48-49
• 4.2.5 材料表征49
• 4.2.6 材料电化学测试49
• 4.3 结果与讨论49-54
• 4.3.1 电极材料的形貌和结构分析49-51
• 4.3.2 电极材料的电化学测试51-54
• 4.4 本章小结54-56
• 结论56-57
• 参考文献57-68
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录68-69
• 致谢69

  本文关键词：碳纳米材料及其复合材料的合成以及电化学电容性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：256299