杂原子掺杂石墨烯气凝胶的制备及其在超级电容器中的应用

发布时间：2020-12-19 10:17

　　超级电容器具有功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽、无污染、免维护等优势被广泛应用于新能源、电动车、电子器件等领域。根据储能机理的不同,可以将超级电容器分为双电层电容器和法拉第电容器。电极材料和电解液是超级电容器的核心部分,它们决定了超级电容器性能的优劣。石墨烯具有较高的比表面积、良好的化学稳定性以及优异的电子传导性能,在超级电容器领域有着十分广阔的应用前景。石墨烯的表面形貌、微观结构、孔结构等会影响其电化学性能,为提高石墨烯基超级电容器的比电容,可通过杂原子掺杂的方法改变其化学性质,进而提高其电容性能。而对于电解质,多集中在提高其导电率、降低粘度、加宽电化学窗口等方面的研究,以离子液体作为超级电容器的电解质能够提高其能量密度。本文通过不同的掺杂剂合成了不同的杂原子掺杂石墨烯,从表面形貌、结构组成、比表面积等方面进行分析,研究了这些材料的电化学性质。主要内容如下:1、以氧化石墨烯（GO）为前驱体,水合肼和硫粉分别作为氮源和硫源,一步水热法合成了氮硫共掺杂石墨烯凝胶（NS-GA）,利用XRD、XPS、拉曼等手段对其进行了表征。在水热过程中,氧化石墨烯在被还原的同时进行了杂... 

【文章来源】：河南师范大学河南省

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

超级电容器的结构组成

图 1-2（a）双电层电容器储能机理[12]；(b)法拉第电容器储能机理[13]。（2） 法拉第电容器法拉第电容器是在双电层电容器后发展起来的。法拉第电容器的储能机理如图所示1-2（b）所示：电极活性物质与电解液在其接触的界面发生可逆的化学吸附脱附或可逆

对超级电容器的储能影响尤其显著（图1-3）。在选择电解液时应当从以下几个方面考虑[49]：1、导电性良好，尽可能减少超级电容器的内阻；2、电解质的电化学稳定性好，根据能量密度计算公式 E = 1/2CV2可知，增加电化学窗口能够提高电容器的能量密度；3、电解液的工作温度范围宽，以满足超级电容器在不同情况下的工作环境；4、电解质环境友好。目前人们研究最多的电解液主要有水系电解液、有机系电解液和离子液体电解液。图 1-3 电解液对超级电容器性能的影响1.4.1 水系电解液水溶液体系电解液具有电导率高、电解质分子较小、容易充分与材料浸渍等优点，因此是最早也是最广泛应用于超级电容器中的电解液，但是其电化学窗口较窄，因而限制了水系电解液的进一步应用。水系电解液主要包含酸性电解液、中性电解液和碱性电解液。在酸性电解液中，最常用的是硫酸水溶液，但是由于硫酸具有腐蚀性，故集流体不能使用金属材料。碱性电解液中最常使用的是 KOH 水溶液，一般情况下，碳材料为超级电容器电极材料时，常使用高浓度的 KOH 电解液。此外，LiOH 也可以用作超级电容器的电解液。由于集流体为金属材质

【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
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本文编号：2925730