硫修饰的石墨烯与锰氧化物复合电极材料的研究

发布时间：2023-05-07 18:10

　　超级电容器是一种介于电池和电容之间的新型储能器件,它具有较高的能量密度和功率密度,同时也保持了良好的循环性能,可以说是连接了传统电池和传统电容器的一座桥梁。为了进一步提高其比容量,本文以氧化石墨烯作为基底,通过一步原位生长,分别制备了 S修饰的石墨烯与四氧化三锰的复合材料及石墨烯与纳米花二氧化锰的复合材料,并探究了其作为超级电容器电极材料的性能。本论文的主要研究内容如下:(1)使用硫脲和高锰酸钾分别作为硫源和锰源,通过一步水热法原位生长制备得到了 S-Mn3O4/graphene复合材料。其中,硫脲和高锰酸钾反应制得的Mn3O4晶体均匀地分散在石墨烯表面。同时,在硫脲还原氧化石墨烯时,含硫官能团成功嫁接到石墨烯的碳原子上。在石墨烯表面嫁接的含硫官能团,可以提供一定量的能量,这些能量既可以补偿石墨烯团聚和晶体团聚造成的的比容量的损失,又能进一步提高比电容。在合成该新型复合材料时,探讨了在合成过程中四氧化三锰的生长条件。对新型复合材料进行了电化学测试并对结果进行了分析,其具有最大比容量128F/g,循环2000次后依然保持98%的原始比容量。(2)使用高锰酸钾作为锰源,通过水热法制备了石墨...

【文章页数】：48 页

【学位级别】：硕士

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致谢
摘要
ABSTRACT
1. 引言
    1.1 超级电容器简介
    1.2 超级电容器的分类
        1.2.1 双电层电容器
        1.2.2 法拉第赝电容器
    1.3 超级电容器的电极材料
        1.3.1 碳基材料
        1.3.2 过渡金属氧化物基材料
        1.3.3 导电聚合物基材料
    1.4 研究现状
    1.5 选题内容及意义
        1.5.1 研究的意义
        1.5.2 研究内容和创新点
2. 实验试剂、仪器以及表征手段
    2.1 实验试剂与仪器
    2.2 电极材料的表征方法以及仪器
        2.2.1 扫描电子显微镜(SEM)
        2.2.2 透射电子显微镜(TEM)
        2.2.3 X射线衍射仪(XRD)
        2.2.4 X射线光电子能谱仪(XPS)
    2.3 超级电容器的制备
        2.3.1 电极片的制作
        2.3.2 简易超级电容器的制作
    2.4 合成材料电化学性能的表征方法
        2.4.1 循环伏安测试(CV)
        2.4.2 恒流充放电测试(GCD)
        2.4.3 循环性能测试
        2.4.4 电化学交流阻抗测试(EIS)
3. S-Mn₃O₄/graphene复合电极材料的制备与表征
    3.1 引言
    3.2 新型复合电极材料的制备
        3.2.1 氧化石墨烯(GO)的制备
        3.2.2 S-Mn₃O₄/graphene的制备
    3.3 结果与讨论
        3.3.1 XRD测试结果与分析
        3.3.2 SEM测试结果与分析
        3.3.3 XPS测试结果与分析
        3.3.4 TEM测试结果与分析
    3.4 对该新型复合材料的进一步探究
    3.5. 复合材料的电化学性能测试
        3.5.1 简易电容器的组装
        3.5.2 三电极系统测试结果与讨论
        3.5.3 新型复合电极材料的循环伏安特性测试
        3.5.4 新型复合电极材料的恒流充放电测试
        3.5.5 新型复合电极材料的循环性测试
        3.5.6 新型复合电极材料的交流阻抗测试
    3.6 本章小结
4. 石墨烯/纳米花二氧化锰复合电极材料的研究
    4.1 引言
    4.2 石墨烯/纳米花二氧化锰材料的制备
        4.2.1 氧化石墨烯(GO)的制备
        4.2.2 石墨烯/纳米花二氧化锰复合材料的制备
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 XRD测试结果与分析
        4.3.2 SEM测试结果与分析
        4.3.3 TEM测试结果与分析
    4.4 石墨烯/纳米花二氧化锰复合材料的电化学测试
        4.4.1 二电极体系
        4.4.2 三电极系统测试结果与讨论
    4.5 本章小结
5. 结论
参考文献
作者简历
学位论文数据集



本文编号：3811075