三维石墨烯/聚苯胺超级电容器电化学性能的研究
发布时间：2020-12-07 10:37
伴随着气候变化和化石燃料的不断减少,能量储存装置的发展已经变得比以往都更加重要。超级电容器作为新型储能装置,因具有使用寿命长、功率密度高和绿色环保等优点而备受研究者关注。三维石墨烯具有高导电性、高比表面积和丰富的孔洞结构,用作超级电容器电极材料可以实现良好的倍率性能和循环稳定性,但比电容和能量密度较低。聚苯胺因其具有快速掺杂/脱掺杂、合成简单和成本低等特点而得到广泛应用。本文制作三维石墨烯/聚苯胺复合材料超级电容器,从电极材料、电解质种类和器件结构三方面入手研究,来提高电容器的比电容和电压窗口,增加能量密度的同时保留其良好的倍率性能和循环稳定性。主要研究内容如下:1.使用原位聚合法在三维石墨烯（GH）表面生长盐酸掺杂聚苯胺（PANI-HCl）,得到三维石墨烯/盐酸掺杂聚苯胺复合物（GP-HCl）,通过调节苯胺和过硫酸铵的浓度控制复合物中PANI-HCl的质量分数,探讨PANI-HCl含量对GP-HCl的电化学性能的影响。当PANI-HCl含量为10%时,GP-HCl的电化学性能最优。2.使用GH作为基底,采用HCl、H2SO4和HC1O4作为掺杂酸分别制备GP-HCl、GP-H2SO4...
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：107 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１不同储能器件的比能量和比功率［１７］??Ｆｉ．?１－１?Ｓｅｃｉｆｉｃ?ｅｎｅｒａｎｄ?ｓｅｃｉｆｉｃｏｗｅｒ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｅｎｅｒｓｔｏｒａｅ?ｄｅｖｉｃｅｓ??
（１）电化学双层电容器（ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ?ｄｏｕｂｌｅ?ｌａｙｅｒ?ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ，?ＥＤＬＣｓ?）??电化学双层电容器（ＥＤＬＣｓ）是由两个炭基材料电极、电解质和隔膜构成（如??图１－３）。ＥＤＬＣｓ可以通过静电或者非法拉第过程存储电荷，其在电极和电解质??之间不发生电荷转移［２５，?２６］。ＥＤＬＣｓ采用的能量存储机制是电化学双层原理。当??施加电压时，电荷在电极表面上积聚，由于电位差的存在，相反电荷将被吸引。??这将导致电解质中的离子通过扩散作用穿过隔膜到达相反电荷的电极孔内部。双??电荷层的形成避免了离子在电极表面复合，双电极的形成，伴随着电极比表面积??的增加和电极间距的减小，这样可允许Ｈ）ＬＣｓ可以获得更高的能量密度［２７，?２８］。??此外，由于ＥＤＬＣｓ的储能机制，它允许非常快的能量吸收和输运，更好的功率表??现。由于无法拉第过程，ＥＤＬＣｓ充放电过程中没有化学反应。它消除了在充电和??放电期间活性材料中出现的膨胀现象。ＥＤＬＣｓ与电池有以下区别：ＥＤＬＣｓ可以循??环充放电数百万次，而电池最多只能承受数千次的充放电；ＥＤＬＣｓ电荷存储不包??括电解质的溶剂
电容和能量密度。比如一些金属氧化物和导电聚合物由于具有法拉第效应，将使??得这些电容器发生氧化还原反应后电解质产生固化，因此它们也经受着低循环稳??定性和低功率密度的问题［３２－３４］。图１－４为赝电容器结构。??Ｊｉｌｌ??ｃｕｒｒｅｎｔ?ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ?ｓｅｐａｒａｔｏｒ??图１－４赝电容结构示意图［２５］??Ｆｉｇ．?１－４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｐｓｅｕｄｏｃａｐａｃｉｔｏｒ??５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Synthesis of boron, nitrogen co-doped porous carbon from asphaltene for high-performance supercapacitors[J]. 周颖,王道龙,王春雷,金新新,邱介山. Chinese Physics B. 2014(08)
[2]Fabrication and electrochemical performance of graphene-ZnO nanocomposites[J]. 李振鹏,门传玲,王婉,曹军. Chinese Physics B. 2014(05)
[3]水性聚苯胺纳米线超级电容器电极材料[J]. 张红明,陈宇,王献红,李季,王佛松. 高分子学报. 2012(05)
[4]Effect of electrolytes on electrochemical properties of graphene sheet covered with polypyrrole thin layer[J]. Ya-meng CAI~(1,2),Zong-yi QIN~1,Long CHEN~2 1.State Key Laboratory for Modification of Chemical Fibers and Polymer Materials, Donghua University,Shanghai 201620,China; 2.College of Material Science and Engineering,Donghua University,Shanghai 201620,China. Progress in Natural Science:Materials International. 2011(06)
[5]以多层次聚苯胺颗粒为电极活性物质的超级电容器的电化学性能[J]. 杨红生,周啸,张庆武. 物理化学学报. 2005(04)
[6]硫脲类阴离子受体的研究进展[J]. 吴芳英,温珍昌,江云宝. 化学进展. 2004(05)
[7]用压汞法和氮吸附法测定孔径分布及比表面积[J]. 田英姿,陈克复. 中国造纸. 2004(04)
[8]拉曼光谱仪[J]. 周宇超. 中国医学装备. 2004(04)
[9]SEM515扫描电子显微镜的原理与应用[J]. 赵绍唐. 航空兵器. 1991(02)
[10]傅里叶变换红外光谱仪[J]. 刘国庆. 电子器件. 1987(03)
硕士论文
[1]综合电化学工作站系统结构的设计[D]. 陈盼盼.哈尔滨理工大学 2008
本文编号：2903109
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：107 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１不同储能器件的比能量和比功率［１７］??Ｆｉ．?１－１?Ｓｅｃｉｆｉｃ?ｅｎｅｒａｎｄ?ｓｅｃｉｆｉｃｏｗｅｒ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｅｎｅｒｓｔｏｒａｅ?ｄｅｖｉｃｅｓ??
（１）电化学双层电容器（ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ?ｄｏｕｂｌｅ?ｌａｙｅｒ?ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ，?ＥＤＬＣｓ?）??电化学双层电容器（ＥＤＬＣｓ）是由两个炭基材料电极、电解质和隔膜构成（如??图１－３）。ＥＤＬＣｓ可以通过静电或者非法拉第过程存储电荷，其在电极和电解质??之间不发生电荷转移［２５，?２６］。ＥＤＬＣｓ采用的能量存储机制是电化学双层原理。当??施加电压时，电荷在电极表面上积聚，由于电位差的存在，相反电荷将被吸引。??这将导致电解质中的离子通过扩散作用穿过隔膜到达相反电荷的电极孔内部。双??电荷层的形成避免了离子在电极表面复合，双电极的形成，伴随着电极比表面积??的增加和电极间距的减小，这样可允许Ｈ）ＬＣｓ可以获得更高的能量密度［２７，?２８］。??此外，由于ＥＤＬＣｓ的储能机制，它允许非常快的能量吸收和输运，更好的功率表??现。由于无法拉第过程，ＥＤＬＣｓ充放电过程中没有化学反应。它消除了在充电和??放电期间活性材料中出现的膨胀现象。ＥＤＬＣｓ与电池有以下区别：ＥＤＬＣｓ可以循??环充放电数百万次，而电池最多只能承受数千次的充放电；ＥＤＬＣｓ电荷存储不包??括电解质的溶剂
电容和能量密度。比如一些金属氧化物和导电聚合物由于具有法拉第效应，将使??得这些电容器发生氧化还原反应后电解质产生固化，因此它们也经受着低循环稳??定性和低功率密度的问题［３２－３４］。图１－４为赝电容器结构。??Ｊｉｌｌ??ｃｕｒｒｅｎｔ?ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ?ｓｅｐａｒａｔｏｒ??图１－４赝电容结构示意图［２５］??Ｆｉｇ．?１－４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｐｓｅｕｄｏｃａｐａｃｉｔｏｒ??５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Synthesis of boron, nitrogen co-doped porous carbon from asphaltene for high-performance supercapacitors[J]. 周颖,王道龙,王春雷,金新新,邱介山. Chinese Physics B. 2014(08)
[2]Fabrication and electrochemical performance of graphene-ZnO nanocomposites[J]. 李振鹏,门传玲,王婉,曹军. Chinese Physics B. 2014(05)
[3]水性聚苯胺纳米线超级电容器电极材料[J]. 张红明,陈宇,王献红,李季,王佛松. 高分子学报. 2012(05)
[4]Effect of electrolytes on electrochemical properties of graphene sheet covered with polypyrrole thin layer[J]. Ya-meng CAI~(1,2),Zong-yi QIN~1,Long CHEN~2 1.State Key Laboratory for Modification of Chemical Fibers and Polymer Materials, Donghua University,Shanghai 201620,China; 2.College of Material Science and Engineering,Donghua University,Shanghai 201620,China. Progress in Natural Science:Materials International. 2011(06)
[5]以多层次聚苯胺颗粒为电极活性物质的超级电容器的电化学性能[J]. 杨红生,周啸,张庆武. 物理化学学报. 2005(04)
[6]硫脲类阴离子受体的研究进展[J]. 吴芳英,温珍昌,江云宝. 化学进展. 2004(05)
[7]用压汞法和氮吸附法测定孔径分布及比表面积[J]. 田英姿,陈克复. 中国造纸. 2004(04)
[8]拉曼光谱仪[J]. 周宇超. 中国医学装备. 2004(04)
[9]SEM515扫描电子显微镜的原理与应用[J]. 赵绍唐. 航空兵器. 1991(02)
[10]傅里叶变换红外光谱仪[J]. 刘国庆. 电子器件. 1987(03)
硕士论文
[1]综合电化学工作站系统结构的设计[D]. 陈盼盼.哈尔滨理工大学 2008
本文编号：2903109
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/2903109.html
