多孔石墨烯超级电容器电极性能研究
发布时间：2020-08-11 20:16
【摘要】：超级电容器作为一种性能优异的能量储存器件,受到了越来越多的关注。石墨烯由于比表面积大,孔径均匀,导电性好,机械性能稳定等特点,成为用作超级电容器的重要电极材料。石墨烯的片层结构易堆垛且表面疏水,不利于提高电极性能。因此本论文从结构调控,掺杂,高温稳定性和负载四方面对提高多孔石墨烯作为超级电容器电极的性能进行了研究,主要内容如下:(1)以硫酸镁晶须作为模板和硫源,乙烯为碳源,氨气为氮源,采用化学气相沉积法,制备出硫氮双掺杂石墨烯晶须(SNGF)。该材料具有纤维状多孔结构,S、N成功掺入石墨烯晶格网络中;具有较好的导电性,因此比容量更高(0.25A/g时的比容量为311F/g),倍率性能较好,循环稳定性良好,能量密度和功率密度较高。(2)将采用片状多孔氧化镁为模板,甲烷在900℃裂解得到的石墨烯与单质硫进行机械混合加热,制备硫修饰石墨烯(S@G)。S@G保持了石墨烯多孔多褶皱的片状形貌,硫含量高达2.37 atom%,导电性和亲水性更好;硫掺杂量为5%的石墨烯样品具有更高的比容量(0.25A/g时的比容量为257 F/g),较好的倍率性能,优异的循环性能。(3)乙烯在680℃裂解得到的石墨烯分别不带模板和带模板于不同的温度下煅烧。不带模板的石墨烯经过高温煅烧,片层结构被破坏,超级电容器电极性能下降;带模板的石墨烯经过高温煅烧,片层结构保留较好,比表面积增大,在电化学测试中,900℃下煅烧的石墨烯比容量增大(0.25A/g电流下275 F/g),并且具有较好的倍率性能和循环性能,功率密度和能量密度增大。(4)将未烘干的石墨烯与Ni(NO_3)_2溶液浸渍后煅烧,得到负载NiO的石墨烯(NiO@G)。NiO与石墨烯成功复合,NiO负载量为42%的样品(NiO@G-3)具有更高的比容量(1A/g时的比容量为138 F/g),NiO@G-3与NMG组成的非对称电容器具有较好的倍率性能,循环性能,以及高能量密度和功率密度。
【学位授予单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM53;TQ127.11
【图文】：
和化石能源的有限利用率严重影响了全球经济和生备的需求迅速增加和电动汽车产业的快速发展，大，还需要满足在大功率下运行的条件。超级电容器环性能好（>100000 圈）、原理简单等优点[11-13]， 中比较了几种能量转化和储存设备的能量密度和功面均有不错的表现。同传统电容器相比，超级电容因此，超级电容器有可能能够解决新时期能量储存主要应用于家用电子产品、记忆型电容系统以及工电容器还在一些新领域有应用，比如因为其安全可0 的紧急出口。另一个最有前景的应用方向是用于领域中，超级电容器作为一种高功率密度的临时能量密度的存储设备或者燃料电池一起工作，超级电的重要性。
.2（a）RuO2多孔薄膜[39]，（b）RuO2纳米线[40]，（c）RuO2纳米片层[41]，（d）纳米管[42]。Fig. 1.2 (a) RuO2porous films, (b) RuO2nanorods, (c) RuO2nanosheets, and (d) RuOnanotubes.尽管无定形 RuO2的容量高，倍率性能好，但是它造价高，资源稀缺而且害，这严重制约了在电容器方面的进一步商业化应用。近年来，人们开始找能够替代 RuO2的，相对便宜的，对环境温和的材料，比如 MnO2，NO4，V2O5等[29, 47-49]。② 导电聚合物导电聚合物因造价低，环境友好，导电性好以及容量高，成为另一用于超的材料。导电聚合物的赝电容来源于聚合物网络中 π 共轭双键的可逆氧应。用于超级电容器的导电聚合物通常是聚苯胺（PANI），聚吡咯（PP吩（PTh）以及它们的相关衍生物。由于它们导电性较差，因此比容量远值，无法满足实际需求。此外，导电聚合物在充放电过程中的膨胀和收缩
中国石油大学（北京）博士学位论文级电容器的电极材料。尽管如此，它们的实际应该还由于能种程度上的限制，控制孔径分布和孔结构依然是一大挑战心设计的PSD的ACs，减小空隙曲率，使孔结构相互连接，减学性质，促进离子传输，在不耗损功率密度的前提下提高能然是一项巨大的挑战。炭提供了另一种制备纳米结构碳材料的有效方法，这种方法可控且窄，孔结构有序，比表面积大，孔隙网络相互连通，前途的超级电容器的电极材料。通过模板技术制备有序纳是一项显著的进步[123]。通常，制备模板炭的步骤如下：将的模板中，碳化处理，除去模板，得到多孔碳。
本文编号：2789515
【学位授予单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM53;TQ127.11
【图文】：
和化石能源的有限利用率严重影响了全球经济和生备的需求迅速增加和电动汽车产业的快速发展，大，还需要满足在大功率下运行的条件。超级电容器环性能好（>100000 圈）、原理简单等优点[11-13]， 中比较了几种能量转化和储存设备的能量密度和功面均有不错的表现。同传统电容器相比，超级电容因此，超级电容器有可能能够解决新时期能量储存主要应用于家用电子产品、记忆型电容系统以及工电容器还在一些新领域有应用，比如因为其安全可0 的紧急出口。另一个最有前景的应用方向是用于领域中，超级电容器作为一种高功率密度的临时能量密度的存储设备或者燃料电池一起工作，超级电的重要性。
.2（a）RuO2多孔薄膜[39]，（b）RuO2纳米线[40]，（c）RuO2纳米片层[41]，（d）纳米管[42]。Fig. 1.2 (a) RuO2porous films, (b) RuO2nanorods, (c) RuO2nanosheets, and (d) RuOnanotubes.尽管无定形 RuO2的容量高，倍率性能好，但是它造价高，资源稀缺而且害，这严重制约了在电容器方面的进一步商业化应用。近年来，人们开始找能够替代 RuO2的，相对便宜的，对环境温和的材料，比如 MnO2，NO4，V2O5等[29, 47-49]。② 导电聚合物导电聚合物因造价低，环境友好，导电性好以及容量高，成为另一用于超的材料。导电聚合物的赝电容来源于聚合物网络中 π 共轭双键的可逆氧应。用于超级电容器的导电聚合物通常是聚苯胺（PANI），聚吡咯（PP吩（PTh）以及它们的相关衍生物。由于它们导电性较差，因此比容量远值，无法满足实际需求。此外，导电聚合物在充放电过程中的膨胀和收缩
中国石油大学（北京）博士学位论文级电容器的电极材料。尽管如此，它们的实际应该还由于能种程度上的限制，控制孔径分布和孔结构依然是一大挑战心设计的PSD的ACs，减小空隙曲率，使孔结构相互连接，减学性质，促进离子传输，在不耗损功率密度的前提下提高能然是一项巨大的挑战。炭提供了另一种制备纳米结构碳材料的有效方法，这种方法可控且窄，孔结构有序，比表面积大，孔隙网络相互连通，前途的超级电容器的电极材料。通过模板技术制备有序纳是一项显著的进步[123]。通常，制备模板炭的步骤如下：将的模板中，碳化处理，除去模板，得到多孔碳。
【参考文献】
相关期刊论文 前1条
1 刘峰,向兰,金涌;水热法制备碱式硫酸镁晶须的过程机制[J];无机材料学报;2004年04期
本文编号：2789515
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