基于石墨烯超级电容器电极材料性能的研究

发布时间：2017-06-23 16:13

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【摘要】：石墨烯作为新型的二维碳材料,因具有比表面积大、导电性能好、质量极轻等一系列性质,在超级电容器、半导体、锂电池、光电子器件、航空航天等领域体现出巨大的应用价值。本文以石墨烯为基础原料,通过打孔处理,制备多孔石墨烯电极材料及多孔石墨烯超级电容器；同时制备出CNTs@NiO复合物,并与多孔石墨烯构组成非对称超级电容器。本文主要的研究成果包括以下几个方面：(1)通过在石墨烯中加入钴单质,经过物理化学过程的处理,得到多孔结构的石墨烯。压片处理多孔石墨烯,成功制备了多孔石墨烯(DGNs)超级电容器。多孔处理使得石墨烯表面或内部产生纳米尺寸大小的孔洞和介孔结构,带电粒子在孔中的迁移受到更小的阻力,使得离子转移电荷的能力得到更好的发挥,可以快速的传输很高的能量,达到提高电容器比电容的目的。在电流密度为1A/g时,原始石墨烯超级电容器和DGNs超级电容器的比电容分别为52.8F/g和75.8F/g,比电容提升了近43%。(2)通过酸化处理CNTs,再与硝酸镍和尿素进行反应,成功制备了CNTs@NiO的复合物。以多孔石墨烯(DGNs)作为负极材料,CNTs@NiO复合物作为正极材料,成功制备了DGNs//CNTs@NiO非对称超级电容器。DGNs//CNTs@NiO非对称超级电容器的循环性能良好,经过1000次循环,比电容仅下降了约13%。在电流密度为1A/g时,DGNs对称型超级电容器能量密度为10.52Wh/Kg,DGNs//CNTs@NiO非对称超级电容器达到了21.44Wh/Kg,性能的提升原因可能是由于非对称结构改变了正极或负极材料,引入了赝电容,同时将超级电容器的电压工作窗口从0、1V增加到0～1.6V。
【关键词】：石墨烯 多孔 超级电容器 碳纳米管 赝电容 非对称
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11;TM53
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-10
• 1 引言10-23
• 1.1 石墨烯10-16
• 1.1.1 石墨烯的结构与性质10-11
• 1.1.2 石墨烯的制备方法11-13
• 1.1.3 其他方法13-14
• 1.1.4 石墨烯的相关方法表征介绍14-15
• 1.1.5 石墨烯在国内外的发展现状15-16
• 1.2 超级电容器16-21
• 1.2.1 超级电容器的原理及结构16-18
• 1.2.2 超级电容器的常用测试手段18-20
• 1.2.3 超级电容器的发展现状20-21
• 1.3 本文选题意义及研究内容21-23
• 1.3.1 本文选题背景及意义21-22
• 1.3.2 本文研究内容22-23
• 2 石墨烯的制备与表征23-32
• 2.1 实验所需试剂、设备及制备流程图23-24
• 2.2 氧化石墨烯及石墨烯的制备及表征24-27
• 2.2.1 氧化石墨烯的制备24-26
• 2.2.2 石墨烯的制备26-27
• 2.3 氧化石墨烯及石墨烯的表征27-31
• 2.4 本章小结31-32
• 3 多孔石墨烯超级电容器的性能研究32-44
• 3.1 多孔石墨烯的制备、表征32-36
• 3.1.1 多孔石墨烯的制备方法32-33
• 3.1.2 多孔石墨烯的表征33-36
• 3.2 多孔石墨烯作为电极材料的超级电容器性能研究36-42
• 3.2.1 电极材料的制备方法36-37
• 3.2.2 多孔石墨烯超级电容器电化学性能测试及分析37-42
• 3.3 本章小结42-44
• 4 DGNs//CNTs@NiO非对称超级电容器的性能研究44-56
• 4.1 CNTs@NiO复合物电极材料的制备、表征44-48
• 4.1.1 CNTs@NiO复合物电极材料的制备44-45
• 4.1.2 CNTs@NiO复合物电极材料的表征45-48
• 4.2 DGNs//CNTs@NiO非对称超级电容器性能研究48-55
• 4.2.1 电极材料的制备及非对称超级电容器的组装48-50
• 4.2.2 DGNs//CNTs@NiO非对称超级电容器电化学性能测试及分析50-55
• 4.3 本章小结55-56
• 5 结论56-57
• 参考文献57-60
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果60-62
• 学位论文数据集62

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本文编号：475625