离子液体辅助制备还原态氧化石墨及性能研究

发布时间：2020-10-13 11:21

　　 超级电容器(也称电化学电容器)拥有着长循环寿命和高功率密度,用途十分广泛,成为可以替代传统电池的有效储能装置。同时人们对智能的电子装置的要求越来越高,各种各样的柔性的可穿戴电子装置开始慢慢出现在我们的生活中,柔性超级电容器引起很多研究者的关注。绿色环保的离子液体在材料制备方面扮演着溶剂、稳定剂和结构导向剂多种角色,因此本文采用不同量且多种类型的离子液体辅助制备氧掺杂的还原态氧化石墨并用于组装柔性全固态对称超级电容器,主要包括三个方面:(1)通过选取疏水型离子液体(BmimFeCl_4)、亲水型酸性离子液体(BmimH_2PO_4)以及不同阳离子的离子液体(BmimCl、EmimCl)制备出多种电极材料。通过电化学和表征测试分析,不同类型的离子液体对其制备出的电极材料电化学性能和结构影响并不显著,这是因为在氧化石墨还原过程中,真正产生作用的是离子液体与石墨片层上含氧官能团的静电作用力。此外,通过加入不同量的离子液体来制备出多种还原态氧化石墨电极材料并进行电化学测试,当离子液体与氧化石墨的质量比为1:1时,即材料ILG-150的电化学性能最佳。(2)通过利用离子液体(BmimCl)制备的ILG和纯水热制备的HG的结构和电化学性能的对比,发现在氧化石墨的热还原过程中,离子液体可以诱导还原态氧化石墨静电自组装,既有效抑制了片层间的团聚现象,还保证部分含氧官能团的残留和少量氮原子的掺杂。在0.5 A g~(-1)时,ILG电容量为261 F g~(-1),同时在2 A g~(-1)时经过30000圈充放电测试后,ILG材料的比容量保持率可以达到98.31%,反映出ILG材料具有杰出的长循环稳定性。(3)将ILG材料作为柔性电极材料并成功地组装成柔性全固态对称超级电容器,以PVA/KOH作为固态电解质,外层采用PDMS来进行封装以获得透明高柔韧性的全固态对称超级电容器。在0.5 A g~(-1)的电流密度下,测得其电容量为195 F g~(-1),并且该电容器在不同的弯曲状态时对其进行电化学性能测试,其电容量保持率几乎为100%。另外,在经过10000圈的充放电循环后,电容量保持率为84.69%,反映出该电容器装置具有良好的电化学稳定性。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM53;O613.71
【文章目录】：
摘要
Abstract
引言
1 文献综述
    1.1 超级电容器概述
        1.1.1 超级电容器的发展历史
        1.1.2 超级电容器的储能原理
        1.1.3 双电层电容器的影响因素
        1.1.4 柔性全固态超级电容器
    1.2 超级电容器电极材料的研究进展
        1.2.1 碳材料
        1.2.2 过渡金属氧化物
        1.2.3 导电聚合物
        1.2.4 复合材料
    1.3 离子液体概述
        1.3.1 离子液体的分类与结构
        1.3.2 离子液体的性质
        1.3.3 离子液体的应用
    1.4 本论文选题意义和研究内容
2 实验部分
    2.1 实验试剂和试剂仪器
        2.1.1 实验试剂
        2.1.2 实验仪器
    2.2 结构和形貌表征方法
    2.3 电化学测试方法
3 离子液体对超级电容器用还原态氧化石墨性能的影响
    3.1 材料的制备
    3.2 材料的初步表征
    3.3 电化学测试结果分析
    3.4 本章小结
4 氧掺杂高性能还原态氧化石墨的制备及性能的研究
    4.1 电极材料的制备
    4.2 结构与性质
    4.3 电化学测试结果分析
        4.3.1 水系电解液电化学性能结果
        4.3.2 有机系电解液电化学性能结果
    4.4 本章小结
5 柔性电极的制备以及用于柔性全固态超级电容器性能研究
    5.1 柔性全固态对称超级电容器的组装
    5.2 结果与讨论
    5.3 本章小结
结论
参考文献
附录A 文章中未列出的图谱
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
申请专利情况
致谢

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本文编号：2839102