石墨烯对碳材料结构及电化学行为的调控作用研究

发布时间：2019-08-15 07:15

【摘要】：超级电容器作为一种高功率型储能元件，较低的能量密度制约了其应用空间。多孔炭材料是目前常用的超级电容器电极材料，其丰富的孔结构提供了超大的比表面积，有助于提高超级电容器的能量特性，但是复杂的孔结构导致较大的离子扩散阻力，进而降低了功率特性。传统的对孔结构的优化集中于采用模板技术调节碳材料的孔结构，在达到高比表面积的同时提高功率特性，但是这种方法具有成本高、操作复杂等缺点，因此开发一种新的孔结构调控方法或得到一种新结构碳材料是目前的研究重点。基于以上目的，本文提出和设计了一种新型碳材料结构调控方法。利用石墨烯的二维结构特征及大的比表面积，实现对传统炭化过程的调节，进而实现对碳材料的结构调控。本文的主要工作包括以下两点： 在有机高分子或聚合物的炭化过程中引入石墨烯，利用氧化石墨烯表面丰富的含氧官能团与高分子官能团之间的相互作用，实现聚合物分子在石墨烯表面的均匀分散并限制了加热过程中聚合物以及热分解形成的碳颗粒的聚集，从而得到了一种以外表面为主同时兼具大比表面积的碳材料。这种外表面结构使得离子无需进行复杂的传质过程便可在材料表面形成双电层，，石墨烯的加入也提高了材料的导电性，因而具有高的倍率性能，与此同时，大的比表面积保证了较高的容量特性。 为了在进一步提高材料容量特性的同时不降低其功率性能，我们利用石墨烯作为基体，氧化镍作模板，树脂为碳源，在石墨烯表面炭化形成具有层次孔结构的碳材料。利用石墨烯的二维表面对炭化过程的干涉作用，在其两侧形成很薄的层次孔碳结构，保证了高的离子传输特性；同时层次孔结构的设计有助于提高材料的容量特性，从而得到高性能的电容器电极材料。 总体而言，本文设计和提出了利用石墨烯的二维结构特性和大的比表面积，调节传统高分子材料的炭化过程，从而实现对碳材料孔结构的调控，在保证容量特性的前提下得到具有高倍率特性的超级电容器电极材料。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：O613.71;TM53

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本文编号：2526843