新型二维材料MXene在超级电容器中的应用研究
发布时间：2021-04-19 06:03
由于具有优异的亲水性、导电性和柔韧性,同时表面可发生氧化还原反应,新型二维过渡金属碳/氮化物（MXenes）在超级电容器领域具有广阔的应用前景。本文以Ti3AlC2为原料,通过加入氟化锂与盐酸进行刻蚀和剥离制得二维的Ti3C2Tx（MXene）。针对MXene片层易堆叠及高电位下易被氧化的问题,本文通过对其进行插层处理及组装匹配成非对称超级电容器的方法,展开了一系列的研究。主要研究结果如下:1、选用碳纳米管（CNT）进行插层,通过碳纳米管与MXene分散液的液相混合,使得MXene片层的堆叠得到较大程度的抑制,得到MXene/CNT柔性电极。探究了在添加不同质量比例（1%、5%与10%）的碳纳米管后对其结构的影响,采用三电极体系在1 mol L-1的H2SO4中进行电容性能的测试。随着碳纳米管含量的增多,MXene/CNT的倍率性能相对于纯MXene获得提高,其中M/CNT-5%在电流密度为1 A g-1时容量为298 F g-1,当电流密度增加到1000 A g-1时容量仍有153.7 F g-1,保持率为51.3%,倍率性能良好。2、以MXene为超级电容器活性炭电极的导电粘结剂,...
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２双电层超级电容器、赝电容及混合电容器的示意图??Ｆｉｇｕｒｅ．?１－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ?ｏｆ?（ａ）?ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ?ｄｏｕｂｌｅ－ｌａｙｅｒ?ｃａｐａｃｉｔｏｒ?（ＥＤＬＣ），?（ｂ）??ｐｓｅｕｄｏｃａｐａｃｉｔｏｒ?ａｎｄ?（ｃ）?ｈｙｂｒｉｄ?ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ?（ＨＳＣ）??
（６）安全性高，环境友好，维修成本低。??１．１．４超级电容器的结构组成??大多数的超级电容器都以双电层为主，其结构组成如图１－３所示，主要由正??负极、隔膜和电解液组成。同时还包括壳体、集流体、极耳等部件［５］。超级电容??器最主要的部分就是正负极材料，一般对称的双电层正负极材料相同，是整个电??容器能量的来源。通常情况下，正负极材料都包括活性物质、导电剂、粘结剂，??通过涂覆或者压片于集流体上构成一个完整的电极，它决定着整个电容器的性能??指标。因此活性物质通常选用比表面高、导电性好、介孔结构发达，电解液浸润??性好的材料。对于集流体而言首先导电性要好，同时不与电解液发生反应，具有??好的耐腐蚀性。通常情况下，在酸性电解液中可选用金属铂片、不锈钢网等，碱??性电解液一般选用泡沫镍，而有机电解液则一般选用铝箔作为集流体。??隔膜是超级电容器组成结构中比较重要的一部分
图１－５由ＭＡＸ相制备ＭＸｅｎｅｓ的流程示意图??Ｆｉｇ．?１－５?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｅｓｃｒｉｂｉｎｇ?ｔｈｅ?ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｆ?ＭＸｅｎｅｓ?ｆｒｏｍ?ＭＡＸ?ｐｈａｓｅｓ??图１－６?（ａ）氢氟酸刻蚀碳化铝钛中的Ａ１以后的多层Ｔｉ３Ｃ２Ｔｘ的ＳＥＭ图，（ｂ）将Ｔｉ３Ｃ２Ｔｘ??超声剥离抽滤以后的Ｔｉ３Ｃ２Ｔｘ片层的ＳＥＭ图，插图展示了?Ｔｉ３Ｃ２Ｔｘ的柔性。??Ｆｉｇ．?１－６?（ａ）?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅ?ｓｈｏｗｓ?ａ?ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ?ＴｂＣ２Ｔｘ?ｏｂｔａｉｎｅｄ?ａｆｔｅｒ?ｅｔｃｈｉｎｇ?Ａ１?ｆｒｏｍ?ＴｂＡｌＣ２??ｕｓｉｎｇ?ＨＦ?ａｎｄ?（ｂ）?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅ?ｏｆ?Ｔｉ３Ｃ２Ｔｘ?ｐａｐｅｒ?ｏｂｔａｉｎｅｄ?ｂｙ?ｖａｃｕｕｍ?ａｓｓｉｓｔｅｄ?ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ＴｂＣ２Ｔｘ??ｓｈｅｅｔｓ；?ｔｈｅ?ｉｎｓｅｔ?ｓｈｏｗｓ?ｉｔｓ?ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ??温和，并且有利于水和锂离子的嵌入，而这种嵌入又赋予材料粘土般的质感，从??而使其可以被擀成自支撑的薄膜。如图１－７所示＿，可以看到最终的Ｔｉ３Ｃ２Ｔｘ膜??具有很好的柔性，可以被擀成任意的形状。将其在１?ｍｏｌｌ／１的只２３〇４溶液中进??行电容性能测试，在２?ｍＶ?ｆ的扫速下，发现其可以体积比容量可以达到９００?Ｆ??ｃｒｒｆ３，同时质量比容量为２４６?Ｆｇ＇１。在１０?Ａｇ－１的电流密度下进行循环性能测试，??发现充放电１００００次以后，容量并没有明显的性能衰减，表现出了优异的循环性??能。相对于ＨＦ刻蚀的Ｔｉ３Ｃ２Ｔｘ来说
【参考文献】：
期刊论文
[1]Carbon-based supercapacitors for efficient energy storage[J]. Xuli Chen,Rajib Paul,Liming Dai. National Science Review. 2017(03)
[2]超级电容器中的二维材料[J]. 唐捷,华青松,元金石,张健敏,赵玉玲. 材料导报. 2017(09)
本文编号：3146985
【文章来源】：北京化工大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２双电层超级电容器、赝电容及混合电容器的示意图??Ｆｉｇｕｒｅ．?１－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ?ｏｆ?（ａ）?ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ?ｄｏｕｂｌｅ－ｌａｙｅｒ?ｃａｐａｃｉｔｏｒ?（ＥＤＬＣ），?（ｂ）??ｐｓｅｕｄｏｃａｐａｃｉｔｏｒ?ａｎｄ?（ｃ）?ｈｙｂｒｉｄ?ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒ?（ＨＳＣ）??
（６）安全性高，环境友好，维修成本低。??１．１．４超级电容器的结构组成??大多数的超级电容器都以双电层为主，其结构组成如图１－３所示，主要由正??负极、隔膜和电解液组成。同时还包括壳体、集流体、极耳等部件［５］。超级电容??器最主要的部分就是正负极材料，一般对称的双电层正负极材料相同，是整个电??容器能量的来源。通常情况下，正负极材料都包括活性物质、导电剂、粘结剂，??通过涂覆或者压片于集流体上构成一个完整的电极，它决定着整个电容器的性能??指标。因此活性物质通常选用比表面高、导电性好、介孔结构发达，电解液浸润??性好的材料。对于集流体而言首先导电性要好，同时不与电解液发生反应，具有??好的耐腐蚀性。通常情况下，在酸性电解液中可选用金属铂片、不锈钢网等，碱??性电解液一般选用泡沫镍，而有机电解液则一般选用铝箔作为集流体。??隔膜是超级电容器组成结构中比较重要的一部分
图１－５由ＭＡＸ相制备ＭＸｅｎｅｓ的流程示意图??Ｆｉｇ．?１－５?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｅｓｃｒｉｂｉｎｇ?ｔｈｅ?ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｆ?ＭＸｅｎｅｓ?ｆｒｏｍ?ＭＡＸ?ｐｈａｓｅｓ??图１－６?（ａ）氢氟酸刻蚀碳化铝钛中的Ａ１以后的多层Ｔｉ３Ｃ２Ｔｘ的ＳＥＭ图，（ｂ）将Ｔｉ３Ｃ２Ｔｘ??超声剥离抽滤以后的Ｔｉ３Ｃ２Ｔｘ片层的ＳＥＭ图，插图展示了?Ｔｉ３Ｃ２Ｔｘ的柔性。??Ｆｉｇ．?１－６?（ａ）?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅ?ｓｈｏｗｓ?ａ?ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ?ＴｂＣ２Ｔｘ?ｏｂｔａｉｎｅｄ?ａｆｔｅｒ?ｅｔｃｈｉｎｇ?Ａ１?ｆｒｏｍ?ＴｂＡｌＣ２??ｕｓｉｎｇ?ＨＦ?ａｎｄ?（ｂ）?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅ?ｏｆ?Ｔｉ３Ｃ２Ｔｘ?ｐａｐｅｒ?ｏｂｔａｉｎｅｄ?ｂｙ?ｖａｃｕｕｍ?ａｓｓｉｓｔｅｄ?ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ＴｂＣ２Ｔｘ??ｓｈｅｅｔｓ；?ｔｈｅ?ｉｎｓｅｔ?ｓｈｏｗｓ?ｉｔｓ?ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ??温和，并且有利于水和锂离子的嵌入，而这种嵌入又赋予材料粘土般的质感，从??而使其可以被擀成自支撑的薄膜。如图１－７所示＿，可以看到最终的Ｔｉ３Ｃ２Ｔｘ膜??具有很好的柔性，可以被擀成任意的形状。将其在１?ｍｏｌｌ／１的只２３〇４溶液中进??行电容性能测试，在２?ｍＶ?ｆ的扫速下，发现其可以体积比容量可以达到９００?Ｆ??ｃｒｒｆ３，同时质量比容量为２４６?Ｆｇ＇１。在１０?Ａｇ－１的电流密度下进行循环性能测试，??发现充放电１００００次以后，容量并没有明显的性能衰减，表现出了优异的循环性??能。相对于ＨＦ刻蚀的Ｔｉ３Ｃ２Ｔｘ来说
【参考文献】：
期刊论文
[1]Carbon-based supercapacitors for efficient energy storage[J]. Xuli Chen,Rajib Paul,Liming Dai. National Science Review. 2017(03)
[2]超级电容器中的二维材料[J]. 唐捷,华青松,元金石,张健敏,赵玉玲. 材料导报. 2017(09)
本文编号：3146985
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