石墨烯/镍钴氧化物复合材料的制备及表征

发布时间：2021-09-08 12:50

　　石墨烯复合材料作为电化学电容器的电极材料呈现出高的电容特性、功率特性及循环性能。因此，成为电化学电容器领域的研究热点。本文中利用了水热法和电化学法分别制备了石墨烯/镍钴氧化物复合材料，并研究了其电化学性能。水热法制备石墨烯/NiCoO2复合材料，利用XRD、Raman、XPS、SEM和TEM等方法对其微观形貌和结构进行表征。结果表明，复合材料中镍元素和钴元素主要以NiCoO2的复合氧化物形式存在，石墨烯片层为多层，材料表面呈褶皱状。电化学测试表明复合材料在2A/g的电流密度下比电容达到480F/g，循环1000次后，比电容保持率为88%。基于此材料组装的电化学电容器在电流密度为0.5A/g时比电容达到81.3F/g，循环1000次后其能量密度和功率密度分别为6.34Wh/kg和192.6W/kg，表现出良好的长时间充放电能力。电化学法制备石墨烯/Co2O3-NiO薄膜电极，形貌结构表征表明，复合材料中镍元素和钴元素以NiO和Co2O3的形式存在。镍钴氧化物分布在石墨烯片层的表面和层与层之间，形成一种三明治结构。电化学测试表明，2A/g的电流密度下，复合材料的比电容达到503F/g，循环... 

【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 前言
    1.2 电化学电容器
        1.2.1 电化学电容器的原理
        1.2.2 电化学电容器的电极材料
        1.2.3 电化学电容器的制备技术
    1.3 石墨烯概述
        1.3.1 石墨烯的结构及性质
        1.3.2 石墨烯的制备方法
        1.3.3 石墨烯与金属氧化物复合材料的研究进展
    1.4 钴镍双金属氧化物简介
    1.5 本论文研究内容及意义
第二章 实验方法及原理
    2.1 实验仪器与试剂
        2.1.1 实验仪器
        2.1.2 实验试剂
    2.2 石墨烯/镍钴氧化物复合材料的制备
        2.2.1 氧化石墨的制备
        2.2.2 水热法制备复合材料
        2.2.3 电化学法制备复合材料
    2.3 结构表征手段
        2.3.1 X 射线衍射
        2.3.2 拉曼光谱
        2.3.3 X 射线光电子能谱
        2.3.4 扫描电子显微镜
        2.3.5 透射电子显微镜
    2.4 电化学性能测试分析
        2.4.1 三电极体系
        2.4.2 循环伏安测试
        2.4.3 恒电流充放电测试
        2.4.4 交流阻抗测试
        2.4.5 能量密度和功率密度
第三章 水热法制备石墨烯/NiCoO_2复合材料
    3.1 前言
    3.2 正交试验设计及结果讨论
        3.2.1 正交实验设计
        3.2.2 正交实验结果分析
    3.3 石墨烯/NiCoO_2复合材料的表征
        3.3.1 X 射线衍射
        3.3.2 拉曼光谱
        3.3.3 X 射线光电子能谱
        3.3.4 表面形貌表征
        3.3.5 TEM 表征
    3.4 石墨烯/NiCoO_2复合材料的电化学性能测试
        3.4.1 循环伏安测试
        3.4.2 恒电流充放电测试
        3.4.3 交流阻抗测试
    3.5 本章小结
第四章 电化学法制备石墨烯/Co_2O_3-NiO 复合材料
    4.1 引言
    4.2 石墨烯/Co_2O_3-NiO 复合材料的制备机理及电位的确定
    4.3 正交实验设计及结果讨论
        4.3.1 正交实验的设计
        4.3.2 正交实验结果分析
    4.4 石墨烯/Co_2O_3-NiO 复合材料的表征
        4.4.1 X 射线衍射
        4.4.2 拉曼光谱
        4.4.3 X 射线光电子能谱
        4.4.4 表面形貌表征
        4.4.5 TEM 表征
    4.5 石墨烯/Co_2O_3-NiO 复合材料的电化学性能测试
        4.5.1 循环伏安测试
        4.5.2 恒电流充放电测试
        4.5.3 交流阻抗测试
    4.6 本章小结
第五章 石墨烯/镍钴氧化物复合材料电化学电容器的组装
    5.1 前言
    5.2 石墨烯/NiCoO_2复合材料电化学电容器的组装
        5.2.1 电化学电容器正负极的制备
        5.2.2 电化学电容器正负极充放电性能的比较
        5.2.3 循环伏安性能测试
        5.2.4 充放电性能测试
        5.2.5 循环寿命测试
        5.2.6 功率密度与能量密度
    5.3 石墨烯/Co_2O_3-NiO 复合材料电化学电容器的组装
        5.3.1 电化学电容器正负极的制备
        5.3.2 电化学电容器正负极充放电性能的比较
        5.3.3 循环伏安性能测试
        5.3.4 充放电性能测试
        5.3.5 循环寿命测试
        5.3.6 能量密度与功率密度
    5.4 两种非对称型电容器的对比
    5.5 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 主要结论
    6.2 工作展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]碳气凝胶的结构重整及其电化学行为[J]. 徐子颉,吉涛,赵蕾,王玮衍,杨春艳,甘礼华.  物理化学学报. 2012(02)
[2]石墨烯的氧化还原法制备及结构表征[J]. 杨勇辉,孙红娟,彭同江.  无机化学学报. 2010(11)
[3]新型储能材料——石墨烯的储能特性及其前景展望[J]. 杨全红,唐致远.  电源技术. 2009(04)
[4]掺杂离子对聚吡咯膜的电化学容量性能的影响[J]. 王杰,徐友龙,陈曦,杜显锋,李喜飞.  物理化学学报. 2007(03)
[5]电化学电容器电极材料超细MnO2的制备及表征[J]. 刘献明,张校刚.  化学研究与应用. 2003(04)



本文编号：3390816