石墨烯在离子液体电解液中电化学性能的研究

发布时间：2017-05-13 09:18

  本文关键词：石墨烯在离子液体电解液中电化学性能的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着全球环境不断的恶化和化石燃料的大量消耗,人们对于绿色、可持续、高性能的储能器件越来越关注。基于充放电速度快、功率密度高、循环寿命长和安全环保等一系列的优点,超级电容器目前得到了广泛的运用。石墨烯是一种由碳原子通过SP2杂化得到的二维平面结构。由于石墨烯具有优越的导电性,高比表面积和极佳的力学性能,因此石墨烯被认为是一种非常理想的电极材料。此外,电解液也是超级电容器的一个重要组成部分。近年来,离子液体作为一种新型的电解液,已经开始取代传统水系和有机体系的电解液,这是因为离子液体具有宽的工作电压,不挥发,不易燃,稳定性高的特点。 首先我们在改进Hummers法的基础上进行了优化,制备了高质量的石墨烯。根据SEM和BET的表征发现,石墨烯被有效的剥离成了很薄的片层,并且呈现出介孔结构。我们以石墨烯作为电极,以离子液体作为电解液组装成扣式的超级电容器,系统的研究了石墨烯在具有不同官能团的离子液体电解液中的电化学性能。结合得到数据,通过建模的方法发现：离子液体的粘度,离子半径和分子量大小会对石墨烯超级电容器的电化学电容性能产生很大的影响。通过选择合适的官能团,可以使离子液体电解液呈现不同的特性,从而获得高性能的石墨烯离子液体超级电容器。 其次,我们制备了固态离子液体凝胶电解质,发现这种凝胶电解质具有高的透光性和优越的力学性能。此外,石墨烯电极和这种离子液体凝胶电解质具有很好的搭配性。因此,我们通过真空抽滤-剥膜的方法,在柔性的PET基底上沉积了石墨烯透明导电薄膜。然后以石墨烯薄膜作为电极,以离子液体凝胶为电解质,构建出一种新型的全固态、柔性、透明的超级电容器,通过测试发现：这种全固态超级电容器不仅可以透光,可以弯折,并且具有较好的电化学性能,最大工作电压可以超过2.5V,电容可以到达30uF/cm,更重要的是在弯曲的条件下也可以正常的工作。 最后,我们通过电弧放电法快速的制备了导电率高、结晶性好、稳定性极佳的石墨烯纳米片。随之,我们将所制备的石墨烯纳米片作为导电添加剂加入到离子液体聚合物凝胶中,得到了一种高电导率的凝胶电解质。结果表明,这种改性的电解质具有非常好的热稳定性(400℃)和宽的工作电压(3V),然后以它作为电解质组装成了全固态超级电容器,发现比未改性的电解质具有更好的电化学性能,特别是具有更小的电阻,更高的比电容和更好的倍率,循环性能。
【关键词】：石墨烯 离子液体 超级电容器 机理 全固态 凝胶电解质
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：O613.71;TM53
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 超级电容器的概述10-14
• 1.1.1 超级电容器的工作原理10-12
• 1.1.2 超级电容器的特点12
• 1.1.3 超级电容器的应用12-14
• 1.2 超级电容器的电极材料14-16
• 1.2.1 金属氧化物14
• 1.2.2 导电聚合物14
• 1.2.3 碳材料14-15
• 1.2.4 石墨烯15-16
• 1.3 超级电容器的电解液16-19
• 1.3.1 传统电解液16-17
• 1.2.2 离子液体电解液17-18
• 1.2.3 固态电解质18-19
• 1.4 本文构想19-20
• 第2章 石墨烯在离子液体电解液中储能机理的研究20-34
• 2.1 引言20
• 2.2 实验过程20-23
• 2.2.1 实验材料20-21
• 2.2.2 实验设备21
• 2.2.3 表征手段21-22
• 2.2.4 实验方法22-23
• 2.3 实验结果23-32
• 2.3.1 石墨烯的表征23-25
• 2.3.2 离子液体的选择25-26
• 2.3.3 电化学测试结果26-32
• 2.4 本章结论32-34
• 第3章 全固态柔性石墨烯离子液体超级电容器34-42
• 3.1 引言34
• 3.2 实验过程34-37
• 3.2.1 实验材料34-35
• 3.2.2 实验设备35
• 3.2.3 表征手段35-36
• 2.2.4 实验方法36-37
• 3.3 实验结果37-41
• 3.3.1 离子液体凝胶的表征37-39
• 3.3.2 石墨烯薄膜的测试39
• 3.3.3 电化学测试结果39-41
• 3.4 本章结论41-42
• 第4章 电弧放电石墨烯改性的离子液体凝胶固态电解质42-50
• 4.1 引言42
• 4.2 实验部分42-44
• 4.2.1 实验材料42-43
• 4.2.2 实验设备43
• 4.2.3 表征手段43
• 4.2.4 实验方法43-44
• 4.3 实验结果44-48
• 4.3.1 电弧放电石墨烯的表征44-45
• 4.3.2 改性的离子液体凝胶的性质45-47
• 4.3.3 电化学测试结果47-48
• 4.4 本章结论48-50
• 结论50-52
• 参考文献52-57
• 致谢57-58
• 附录A58

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 曹林,梁彦瑜,孔令斌,力虎林;纳米Co(OH)_2/HY复合物的制备及其电化学电容性能[J];高等学校化学学报;2004年05期

2 申保收;冯旺军;郎俊伟;王儒涛;邰志新;阎兴斌;;电弧放电法制备石墨烯的硝酸改性及其电化学性能增强[J];物理化学学报;2012年07期

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本文编号：362144