纳米材料类流体/石墨烯复合气凝胶的制备、结构与超级电容器性能研究
发布时间：2020-12-27 00:19
石墨烯是一种由sp2杂化碳原子构成的二维（2D）材料,只有单个碳原子的厚度,具有高比表面积、低密度、高电导率、优异的机械性能与电化学稳定性等优点,作为超级电容器电极材料表现出较高的理论容量。然而,由于2D石墨烯片层非常容易团聚重新形成石墨结构,因此2D石墨烯制备的超级电容器的容量远低于理论值。三维（3D）石墨烯气凝胶具有低密度、高比表面积以及丰富的孔隙结构,能有效抑制石墨烯纳米片重堆叠的问题,作超级电容器电极材料表现出较高的比容量。纳米材料类流体是将功能化的有机长链接枝在纳米材料表面,使其在无溶剂情况下表现出液体流动性,在超级电容器中有广泛的应用前景。本论文分别采用碳纳米管类流体（CNTF）、聚苯胺类流体（S-PANI）和聚吡咯类流体（S-PPy）等纳米类流体材料与氧化石墨烯（GO）复合,通过水热法制备了纳米材料类流体/石墨烯复合气凝胶,并对所制备的气凝胶的结构及其在超级电容器中的应用进行了系统研究,具体研究内容和成果如下:（1）用离子交换法制备了CNTF,以CNTF与GO混合水溶液作为前驱体进行水热反应并冷冻干燥制备得到了CNTF/还原氧化石墨烯（RGO）气凝胶...
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：134 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图1-2双电层界面电荷储存原理图
1-3 双电层正极模型[15]：（a）亥姆霍兹（Helemholtz）模型，（b）古依Gouy-Chapman）模型，（c）具有 Helmholtz 内平面（IHP）和 Helmho平面（OHP）的施特恩（Stern）模型.1-3 (a) Helemholtz model, (b) Gouy-Chapman model, (c) IHP of HelmholtOHP of Stern model在此基础上，古依 Gouy 和恰普曼 Chapman 改进补充了亥姆霍兹 Helem模型，提出了古依-恰普曼 Gouy-Chapman 模型。古依-恰普曼 Gouy-Cha将电解液离子的热运动考虑在内，且将电解液离子在热驱动下所形成布定义为扩散层（图 1-3b）。电性相反的离子浓度在电极表面达到最大着与电极表面的距离增大而降低，从而产生了一个连续扩散层。其双的计算公式如下：C = C e( )其中C 为零电势处反离子的浓度，z为离子的离子价，e为一个质子的波尔兹曼常数，ψ为电极表面附近溶液中的电荷分布。然而，Gouy-Chapman 模型会高估 EDL 的比电容，这是由于在 EDLC 中
性能都得到了提高。然而，单纯使用碳材料作为储能电极只能构级电容结构，其容量与储能密度与赝电容电容器相比存在不小的的研究中，将碳材料与赝电容活性物质相结合的混合电容是一大 过渡金属氧化物 1975 年，Conway 等人通过研究发现如 RuO2、IrO2等过渡金属nsition metal oxide）具有非常优异的容抗特性，而且其往往具有比容高10-100倍的比容量[58]。此外，研究者们也发现导电聚合物（Coner）也具有类似的储能行为[59]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]锌粉退火处理对碱锰电池性能的影响[J]. 屠科荣,陈国标,徐益军,唐录. 电池. 2014(05)
[2]锌银贮备电池结构件贮存寿命研究[J]. 关海波,刘孟峰,杨成昱. 电源技术. 2014(07)
[3]用于聚合物镍氢电池的新型PVA/SiO2碱性微孔聚合物电解质（英文）[J]. 陆霞,吴仁香,李波波,朱云峰,李李泉. 化学学报. 2013(03)
[4]基于等压差时间差的镍镉电池快速超快速充电算法[J]. 张金,王伯雄,罗秀芝. 清华大学学报(自然科学版). 2010(02)
博士论文
[1]自悬浮聚苯胺的制备、结构及其复合材料的特性研究[D]. 黄静.武汉理工大学 2013
[2]石墨烯类流体制备技术及其自展平行为[D]. 李琦.武汉理工大学 2012
[3]超级电容器用聚苯胺纳米纤维的制备、改性和电容特性研究[D]. 方静.中南大学 2012
[4]多壁碳纳米管类流体结构、流变及组装特性研究[D]. 雷佑安.武汉理工大学 2008
本文编号：2940724
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：134 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图1-2双电层界面电荷储存原理图
1-3 双电层正极模型[15]：（a）亥姆霍兹（Helemholtz）模型，（b）古依Gouy-Chapman）模型，（c）具有 Helmholtz 内平面（IHP）和 Helmho平面（OHP）的施特恩（Stern）模型.1-3 (a) Helemholtz model, (b) Gouy-Chapman model, (c) IHP of HelmholtOHP of Stern model在此基础上，古依 Gouy 和恰普曼 Chapman 改进补充了亥姆霍兹 Helem模型，提出了古依-恰普曼 Gouy-Chapman 模型。古依-恰普曼 Gouy-Cha将电解液离子的热运动考虑在内，且将电解液离子在热驱动下所形成布定义为扩散层（图 1-3b）。电性相反的离子浓度在电极表面达到最大着与电极表面的距离增大而降低，从而产生了一个连续扩散层。其双的计算公式如下：C = C e( )其中C 为零电势处反离子的浓度，z为离子的离子价，e为一个质子的波尔兹曼常数，ψ为电极表面附近溶液中的电荷分布。然而，Gouy-Chapman 模型会高估 EDL 的比电容，这是由于在 EDLC 中
性能都得到了提高。然而，单纯使用碳材料作为储能电极只能构级电容结构，其容量与储能密度与赝电容电容器相比存在不小的的研究中，将碳材料与赝电容活性物质相结合的混合电容是一大 过渡金属氧化物 1975 年，Conway 等人通过研究发现如 RuO2、IrO2等过渡金属nsition metal oxide）具有非常优异的容抗特性，而且其往往具有比容高10-100倍的比容量[58]。此外，研究者们也发现导电聚合物（Coner）也具有类似的储能行为[59]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]锌粉退火处理对碱锰电池性能的影响[J]. 屠科荣,陈国标,徐益军,唐录. 电池. 2014(05)
[2]锌银贮备电池结构件贮存寿命研究[J]. 关海波,刘孟峰,杨成昱. 电源技术. 2014(07)
[3]用于聚合物镍氢电池的新型PVA/SiO2碱性微孔聚合物电解质（英文）[J]. 陆霞,吴仁香,李波波,朱云峰,李李泉. 化学学报. 2013(03)
[4]基于等压差时间差的镍镉电池快速超快速充电算法[J]. 张金,王伯雄,罗秀芝. 清华大学学报(自然科学版). 2010(02)
博士论文
[1]自悬浮聚苯胺的制备、结构及其复合材料的特性研究[D]. 黄静.武汉理工大学 2013
[2]石墨烯类流体制备技术及其自展平行为[D]. 李琦.武汉理工大学 2012
[3]超级电容器用聚苯胺纳米纤维的制备、改性和电容特性研究[D]. 方静.中南大学 2012
[4]多壁碳纳米管类流体结构、流变及组装特性研究[D]. 雷佑安.武汉理工大学 2008
本文编号：2940724
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