石墨烯基复合电极材料的制备与储能机理研究
发布时间：2021-09-06 09:45
提高超级电容器电极材料的比容量是解决超级电容器能量密度低最主要的方法。而石墨烯材料具有超大比表面积、良好的热和化学稳定性是用作大理论比容量和长循环寿命理想的超级电容器电极材料。但由于石墨烯在制备过程中易发生团聚现象使得其实际的比容量较低。因此,本文将其与具有赝电容特性的金属氧化物材料进行复合,改善石墨烯的团聚现象,进而提高石墨烯基超级电容器电极材料的电化学性能。本文以氧化石墨烯和高锰酸钾溶液为原料,采用简单的一步水热法在泡沫镍基底上制备出具有的开放式花状且相互交叠的多孔石墨烯/MnO2复合物颗粒。表征结果表明:MnO2与石墨烯并不仅仅是简单的包覆,而且在反应过程中形成了C-Mn键以键合的方式连接在一起。将复合物材料进行高温退火处理后,相比于未退火的复合材料和纯MnO2材料具有最优异的比容量性能。在6 mol/L氢氧化钾电解液中,10 A/g电流密度下高达347 F/g,是未进行高温退火处理石墨烯/MnO2复合材料的2.38倍并且具有良好的循环寿命。为进一步探究石墨烯复合材料的储能特性,本文采用水热法...
【文章来源】：重庆邮电大学重庆市
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(a)氧化石墨烯的具体结构；(b)石墨烯的具体结构
学测试所有电化学测试均采用 Pt 片作为对电极，Ag/AgCl 为参为工作电极。粉末样品均以粉末样品：乙炔黑：PVDF 为液涂布于碳布上进行电化学测试。学阻抗测试(EIS)电化学阻抗测试均在 10-2～105Hz。如图 2.1 所示为硫掺谱，横轴代表复数阻抗的实部，纵轴为复数阻抗的虚部小。如图高频部分曲线与 X 轴的第一个交点为等效串联荷转移电阻，低频区的直线对应扩散电阻，理想的扩散的直线。
图 2.2 (a)双电层电容特性材料循环伏安曲线; (b)赝电容特性材料循环伏安曲线(2) 如图 2.2(b)所示的 CV 曲线中有明显的氧化还原峰，说明该电极发生了氧化还原反应，且通过氧化还原峰的位置及电流峰的峰值可以判定电极的可逆程度及反应速率。当峰值电势差 不随扫描速率的变化而变化且在 25℃时等于公式(2.1)则为可逆电极过程；若 大于公式(2.2)所示值且 随着扫描速率的增大而增大则为准可逆体系；在相同扫描速率下 越大，反应的可逆程度就越小[75]。= (2.1)式中， ——还原峰峰值——氧化峰峰值(2.2)式中， ——电极反应得失电子数(3) 若反应物来源于溶液，则在扫描速率慢的时候溶液中的反应物来得及更多
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯/MnO2复合电极材料的一步合成及其电化学性能研究[J]. 查小婷,杨文耀,周恩民,程正富,张海道. 电子元件与材料. 2018(10)
[2]锂离子超级电容器在轨交能量回收系统中的应用[J]. 胡敏,黄嘉烨,王婷. 电器与能效管理技术. 2016(14)
[3]匹配多孔碳负载π共轭聚合物正负电极材料构建有机非对称超级电容器[J]. 张涛,王文强,王庚超. 储能科学与技术. 2016(04)
[4]A review of negative electrode materials for electrochemical supercapacitors[J]. LU XueFeng,LI GaoRen,TONG YeXiang. Science China（Technological Sciences）. 2015(11)
[5]超级电容器的现状及发展趋势[J]. 余丽丽,朱俊杰,赵景泰. 自然杂志. 2015(03)
[6]石墨烯在能源与环境领域中的应用[J]. 孙明娟,孟良,侯士峰. 新材料产业. 2013(09)
[7]石墨烯透明导电薄膜[J]. 唐晶晶,第凤,徐潇,肖迎红,车剑飞. 化学进展. 2012(04)
[8]超级电容在地铁制动能量回收中的应用研究[J]. 张秋瑞,葛宝明,毕大强. 电气化铁道. 2012(02)
[9]超级电容器电极材料的研究进展[J]. 摆玉龙. 新疆化工. 2011(03)
[10]城市轨道交通车辆制动能量回收系统的储能装置与辅助电源控制研究[J]. 李娜,杨俭,方宇,宋瑞刚,谢克飞. 城市轨道交通研究. 2011(02)
博士论文
[1]过渡金属氧化物复合微纳结构的可控制备及电化学性能研究[D]. 褚衍婷.山东大学 2017
[2]碳基复合材料的设计、规模化制备及其在超级电容器中的应用[D]. 陈立锋.中国科学技术大学 2013
[3]石墨烯分散液制备及其自组织现象研究[D]. 欧恩才.湖南大学 2012
硕士论文
[1]含DG的配电网优化配置及其故障恢复研究[D]. 陈世池.东北石油大学 2016
[2]石墨烯/氢氧化镍复合电极材料的制备及其超级电容器性能研究[D]. 苑亦男.哈尔滨工业大学 2014
[3]MnO2基正极材料的制备、表征与电化学性能研究[D]. 张百合.江西师范大学 2014
[4]二氧化锰及二氧化锰/石墨烯超级电容器电极材料研究[D]. 刘洋.武汉工程大学 2014
[5]改性氧化石墨烯/双马来酰亚胺复合材料介电性能的研究[D]. 郑文建.南京航空航天大学 2014
[6]基于超级电容的置地式地铁再生制动能量回收技术研究[D]. 王成.南京航空航天大学 2013
[7]不同碳材料在双电层超级电容器中的应用研究[D]. 张慧.北京交通大学 2012
[8]纳米钒酸锂及其改性材料作为水溶液可充电锂电池负极材料的研究[D]. 刘丽丽.复旦大学 2012
[9]大型风力机电动变桨距控制技术研究[D]. 程海英.辽宁工程技术大学 2011
本文编号：3387228
【文章来源】：重庆邮电大学重庆市
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(a)氧化石墨烯的具体结构；(b)石墨烯的具体结构
学测试所有电化学测试均采用 Pt 片作为对电极，Ag/AgCl 为参为工作电极。粉末样品均以粉末样品：乙炔黑：PVDF 为液涂布于碳布上进行电化学测试。学阻抗测试(EIS)电化学阻抗测试均在 10-2～105Hz。如图 2.1 所示为硫掺谱，横轴代表复数阻抗的实部，纵轴为复数阻抗的虚部小。如图高频部分曲线与 X 轴的第一个交点为等效串联荷转移电阻，低频区的直线对应扩散电阻，理想的扩散的直线。
图 2.2 (a)双电层电容特性材料循环伏安曲线; (b)赝电容特性材料循环伏安曲线(2) 如图 2.2(b)所示的 CV 曲线中有明显的氧化还原峰，说明该电极发生了氧化还原反应，且通过氧化还原峰的位置及电流峰的峰值可以判定电极的可逆程度及反应速率。当峰值电势差 不随扫描速率的变化而变化且在 25℃时等于公式(2.1)则为可逆电极过程；若 大于公式(2.2)所示值且 随着扫描速率的增大而增大则为准可逆体系；在相同扫描速率下 越大，反应的可逆程度就越小[75]。= (2.1)式中， ——还原峰峰值——氧化峰峰值(2.2)式中， ——电极反应得失电子数(3) 若反应物来源于溶液，则在扫描速率慢的时候溶液中的反应物来得及更多
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯/MnO2复合电极材料的一步合成及其电化学性能研究[J]. 查小婷,杨文耀,周恩民,程正富,张海道. 电子元件与材料. 2018(10)
[2]锂离子超级电容器在轨交能量回收系统中的应用[J]. 胡敏,黄嘉烨,王婷. 电器与能效管理技术. 2016(14)
[3]匹配多孔碳负载π共轭聚合物正负电极材料构建有机非对称超级电容器[J]. 张涛,王文强,王庚超. 储能科学与技术. 2016(04)
[4]A review of negative electrode materials for electrochemical supercapacitors[J]. LU XueFeng,LI GaoRen,TONG YeXiang. Science China（Technological Sciences）. 2015(11)
[5]超级电容器的现状及发展趋势[J]. 余丽丽,朱俊杰,赵景泰. 自然杂志. 2015(03)
[6]石墨烯在能源与环境领域中的应用[J]. 孙明娟,孟良,侯士峰. 新材料产业. 2013(09)
[7]石墨烯透明导电薄膜[J]. 唐晶晶,第凤,徐潇,肖迎红,车剑飞. 化学进展. 2012(04)
[8]超级电容在地铁制动能量回收中的应用研究[J]. 张秋瑞,葛宝明,毕大强. 电气化铁道. 2012(02)
[9]超级电容器电极材料的研究进展[J]. 摆玉龙. 新疆化工. 2011(03)
[10]城市轨道交通车辆制动能量回收系统的储能装置与辅助电源控制研究[J]. 李娜,杨俭,方宇,宋瑞刚,谢克飞. 城市轨道交通研究. 2011(02)
博士论文
[1]过渡金属氧化物复合微纳结构的可控制备及电化学性能研究[D]. 褚衍婷.山东大学 2017
[2]碳基复合材料的设计、规模化制备及其在超级电容器中的应用[D]. 陈立锋.中国科学技术大学 2013
[3]石墨烯分散液制备及其自组织现象研究[D]. 欧恩才.湖南大学 2012
硕士论文
[1]含DG的配电网优化配置及其故障恢复研究[D]. 陈世池.东北石油大学 2016
[2]石墨烯/氢氧化镍复合电极材料的制备及其超级电容器性能研究[D]. 苑亦男.哈尔滨工业大学 2014
[3]MnO2基正极材料的制备、表征与电化学性能研究[D]. 张百合.江西师范大学 2014
[4]二氧化锰及二氧化锰/石墨烯超级电容器电极材料研究[D]. 刘洋.武汉工程大学 2014
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[8]纳米钒酸锂及其改性材料作为水溶液可充电锂电池负极材料的研究[D]. 刘丽丽.复旦大学 2012
[9]大型风力机电动变桨距控制技术研究[D]. 程海英.辽宁工程技术大学 2011
本文编号：3387228
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