锌离子混合超级电容器的研究和应用
发布时间：2022-01-23 04:03
构建和制造高功率和高能量密度、长寿命、绿色无污染的新型电化学能源系统对现代社会的发展具有重要意义。传统的储能设备主要包括电池和超级电容器,但是它们各自的缺陷限制了其进一步发展,例如电池的功率密度低和循环稳定性差,超级电容器的能量密度低。超级电容器-电池型混合超级电容器（SBHSC）是一种典型的由高倍率电容型电极和大容量电池型电极构成的储能器件,由于兼具电池和超级电容器的优点而受到广泛关注。水系锌离子混合超级电容器（ZHSC）作为其中的一种,以其高性能、低成本、安全环保等优点成为目前研究的热点之一。ZHSC的发展不仅取决于合适的电极材料,还取决于优越的储能系统结构。因此,需要对这两方面进行更深入的研究,以进一步提高ZHSC的性能,满足人们在储能领域的需求。本文两个工作的具体内容如下:（1）这个工作以三维多孔还原氧化石墨烯（rRO）气凝胶为骨架,制备了MXene-还原氧化石墨烯（MXene-rRO）气凝胶。具有独特多孔骨架结构的MXene-rRO气凝胶不仅在很大程度上阻止了MXene纳米片的堆积,而且赋予了该气凝胶高亲水性和良好的导电性。首次采用多孔三维MXene-rRO气凝胶正极、锌箔负...
【文章来源】：安徽大学安徽省 211工程院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SBTHSCs的一般储能机理和器件结构
安徽大学硕士学位论文19图3.1MXene-rGO气凝胶的合成工艺及MXene-rGO//ZnSO4//ZnZHSC的原理图。（a）MXene纳米片和（b）MXenerGO气凝胶的合成过程示意图。（c）MXene-rGO//ZnSO4//ZnZHSC原理图。Figure3.1SynthesisprocedureoftheMXene-rGOaerogelsandschematicdiagramoftheMXene-rGO//ZnSO4//ZnZHSC.Illustrationofthesynthesisprocedureof(a)MXenenanosheetsand(b)MXene-rGOaerogels.(c)SchematicdiagramofMXene-rGO//ZnSO4//ZnZHSC.在制备MXene-rGO气凝胶正极之前，需要成功合成GO和MXene纳米片，并用一系列表征来验证。首先，我们对GO和MXene纳米片做了TEM分析，便于观测微观下纳米片的形貌、尺寸以及通过相关的选区电子衍射（SAED）分析其一些晶体学性质。GO纳米片的TEM和SAED如图3.2（a）所示。TEM图像中的GO纳米片呈现出透明状态，说明了GO样品非常保GO的SAED衍射图为六角衍射斑，表明了GO样品具有较完整的晶体结构[107]。MXene纳米片的TEM图像如图3.2（b）所示，也显示出了透明状态。图3.2（b）中对应的SAED为一个典型的六边形衍射点，和之前的文献报道的一致，说明了单晶MXene纳米片制备的成功。随后应用AFM测量了MXene纳米片厚度大小，MXene纳米片的厚度约为1.51纳米，如图3.2（c）中AFM图像所示，厚度与文献报道的差距不大。图3.2（d）展示了一束红色激光透过了GO和MXene分散液。这种丁达尔效应说明GO和MXene纳米片在水中具有良好的分散性，有利于制备电极材料。不同放大倍数下的rGO气凝胶的SEM图像如图3.2（e、f）所示。rGO气凝胶具有三维多孔层状结构，孔径大小为10-30微米。图3.2（g）显示了MXene-rGO2气凝胶的SEM图，该气凝胶呈现出多孔渔网结构，其孔径要（2-5微米）比rGO气凝胶的小得多，说明了MXene-rGO2与电解质接触?
第三章MXene-还原氧化石墨烯气凝胶应用于超长循环寿命的水系锌离子混合超级电容器20胶对应的元素面扫描图如图3.2（h）所示，其中C和O元素来自MXene和rGO，Ti元素来自MXene。从元素面扫描图谱中可以得出结论，MXene纳米片均匀地附着在rGO上，这大大提高了MXene-rGO2气凝胶的导电性和亲水性。图3.2（i）所示为MXene-rGO2气凝胶在没有其他支撑物的情况下能够立在一片叶子上，说明了气凝胶的重量轻的特点，这也是气凝胶三维多孔的内部结构所导致的特点。图3.2MXene-rGO//ZnSO4//ZnZHSC正极材料的表征。（a）GO和（b）MXene纳米片的TEM图像（插图是相应的SAED图）。（c）MXene纳米片AFM图像及其插图为相应的高度分布。（d）GO（左）和MXene（右）水分散液图。（e、f）不同放大倍数下rGO气凝胶的SEM图。（g、h）MXene-rGO2气凝胶的SEM和元素面扫描图。（i）MXene-rGO2气凝胶立于一片叶子上。Figure3.2CharacterizationofthecathodematerialsofMXene-rGO//ZnSO4//ZnZHSC.TheTEMimagesof(a)GOand(b)MXenenanosheets(insetsarethecorrespondingSAEDpatterns).(c)AFMimageofMXenenanosheetandtheinsetiscorrespondingheightprofile.(d)PhotographoftheGO(left)andMXene(right)inwaterdispersion.(e,f)SEMimagesoftherGOaerogelwithdifferentmagnifications.(g,h)SEMandelementalmappingimagesoftheMXene-rGO2aerogel.(i)MXene-rGO2aerogelstandingonapieceofleaf.为了分析所制备材料的结构，先对其进行了XRD分析。Ti3AlC2粉末、GO粉末、
【参考文献】：
期刊论文
[1]A New Free?Standing Aqueous Zinc?Ion Capacitor Based on MnO2–CNTs Cathode and MXene Anode[J]. Siliang Wang,Qiang Wang,Wei Zeng,Min Wang,Limin Ruan,Yanan Ma. Nano-Micro Letters. 2019(04)
本文编号：3603559
【文章来源】：安徽大学安徽省 211工程院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SBTHSCs的一般储能机理和器件结构
安徽大学硕士学位论文19图3.1MXene-rGO气凝胶的合成工艺及MXene-rGO//ZnSO4//ZnZHSC的原理图。（a）MXene纳米片和（b）MXenerGO气凝胶的合成过程示意图。（c）MXene-rGO//ZnSO4//ZnZHSC原理图。Figure3.1SynthesisprocedureoftheMXene-rGOaerogelsandschematicdiagramoftheMXene-rGO//ZnSO4//ZnZHSC.Illustrationofthesynthesisprocedureof(a)MXenenanosheetsand(b)MXene-rGOaerogels.(c)SchematicdiagramofMXene-rGO//ZnSO4//ZnZHSC.在制备MXene-rGO气凝胶正极之前，需要成功合成GO和MXene纳米片，并用一系列表征来验证。首先，我们对GO和MXene纳米片做了TEM分析，便于观测微观下纳米片的形貌、尺寸以及通过相关的选区电子衍射（SAED）分析其一些晶体学性质。GO纳米片的TEM和SAED如图3.2（a）所示。TEM图像中的GO纳米片呈现出透明状态，说明了GO样品非常保GO的SAED衍射图为六角衍射斑，表明了GO样品具有较完整的晶体结构[107]。MXene纳米片的TEM图像如图3.2（b）所示，也显示出了透明状态。图3.2（b）中对应的SAED为一个典型的六边形衍射点，和之前的文献报道的一致，说明了单晶MXene纳米片制备的成功。随后应用AFM测量了MXene纳米片厚度大小，MXene纳米片的厚度约为1.51纳米，如图3.2（c）中AFM图像所示，厚度与文献报道的差距不大。图3.2（d）展示了一束红色激光透过了GO和MXene分散液。这种丁达尔效应说明GO和MXene纳米片在水中具有良好的分散性，有利于制备电极材料。不同放大倍数下的rGO气凝胶的SEM图像如图3.2（e、f）所示。rGO气凝胶具有三维多孔层状结构，孔径大小为10-30微米。图3.2（g）显示了MXene-rGO2气凝胶的SEM图，该气凝胶呈现出多孔渔网结构，其孔径要（2-5微米）比rGO气凝胶的小得多，说明了MXene-rGO2与电解质接触?
第三章MXene-还原氧化石墨烯气凝胶应用于超长循环寿命的水系锌离子混合超级电容器20胶对应的元素面扫描图如图3.2（h）所示，其中C和O元素来自MXene和rGO，Ti元素来自MXene。从元素面扫描图谱中可以得出结论，MXene纳米片均匀地附着在rGO上，这大大提高了MXene-rGO2气凝胶的导电性和亲水性。图3.2（i）所示为MXene-rGO2气凝胶在没有其他支撑物的情况下能够立在一片叶子上，说明了气凝胶的重量轻的特点，这也是气凝胶三维多孔的内部结构所导致的特点。图3.2MXene-rGO//ZnSO4//ZnZHSC正极材料的表征。（a）GO和（b）MXene纳米片的TEM图像（插图是相应的SAED图）。（c）MXene纳米片AFM图像及其插图为相应的高度分布。（d）GO（左）和MXene（右）水分散液图。（e、f）不同放大倍数下rGO气凝胶的SEM图。（g、h）MXene-rGO2气凝胶的SEM和元素面扫描图。（i）MXene-rGO2气凝胶立于一片叶子上。Figure3.2CharacterizationofthecathodematerialsofMXene-rGO//ZnSO4//ZnZHSC.TheTEMimagesof(a)GOand(b)MXenenanosheets(insetsarethecorrespondingSAEDpatterns).(c)AFMimageofMXenenanosheetandtheinsetiscorrespondingheightprofile.(d)PhotographoftheGO(left)andMXene(right)inwaterdispersion.(e,f)SEMimagesoftherGOaerogelwithdifferentmagnifications.(g,h)SEMandelementalmappingimagesoftheMXene-rGO2aerogel.(i)MXene-rGO2aerogelstandingonapieceofleaf.为了分析所制备材料的结构，先对其进行了XRD分析。Ti3AlC2粉末、GO粉末、
【参考文献】：
期刊论文
[1]A New Free?Standing Aqueous Zinc?Ion Capacitor Based on MnO2–CNTs Cathode and MXene Anode[J]. Siliang Wang,Qiang Wang,Wei Zeng,Min Wang,Limin Ruan,Yanan Ma. Nano-Micro Letters. 2019(04)
本文编号：3603559
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