石墨烯基电极材料的制备及其超电容性能研究

发布时间：2017-06-05 14:03

  本文关键词：石墨烯基电极材料的制备及其超电容性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：超级电容器是一种通过极化电解质来进行储能的新型能源器件，具有大的功率密度、长的使用寿命以及高的能量转化效率等众多优点，近年来在电化学储能领域掀起了一股新的研究热潮。但是，超级电容器自身也有着严重的劣势，即能量密度相对较低，严重制约着超级电容器的发展。自2004年石墨烯新材料的发现，其优异的电学性能使得提升超级电容器的能量密度成为了一种可能。本文利用化学氧化还原方法制备了石墨烯，并使用XRD，SEM，Raman，循环伏安，恒流充放电，交流阻抗等检测手段对石墨烯的结构和性能做了相关分析，另外还对石墨烯/MnO_2复合材料的性能也做了一定探究，具体工作如下： 1、首先使用改进的Hummer方法制备了氧化石墨，然后利用水合肼还原法，真空热剥离还原法，微波剥离还原法三种方法制备了石墨烯，测试表明水合肼还原所得石墨烯的团聚比较严重，真空热剥离还原方法所得的石墨烯表面依然有部分含氧官能团残留，微波剥离还原法所得的石墨烯相对还原比较彻底，并且团聚较少。 2、使用三种不同还原手段所得的石墨烯组装了扣式超级电容器，分别在无机体系和有机体系中对电容器的电化学性能做了相关分析，测试表明微波剥离还原法制备的石墨烯在无机体系和有机体系下的电化学性能都相对最佳。另外，详细探讨了微波剥离还原所得石墨烯电容器的组装工艺，研究了不同集流体，粘结剂的用量，，电极成型压力对电容器的电学性能的影响，结果表明在选用泡沫镍为集流体，粘结剂含量为5%~10%，电极成型压力为5MPa时，电容器的性能最佳，比容量达到147F/g，循环1000次后，容量保持率为94%。 3、利用原位生长技术制备了石墨烯/MnO_2复合材料，测试表明，复合材料中的MnO_2为具有层状结构的单斜晶系birnessite-MnO_2，粒径为纳米级，均匀的分散在石墨烯片层表面上。并且当MnO_2的负载量为20%时，石墨烯/MnO_2复合材料具有最大的比容量，在10mV/s扫描速度下，单电极的比容量达到225F/g，比同等条件下纯的石墨烯电极的容量（147F/g）提高了53%，并且，循环1000次后，容量保持率为80%。
【关键词】：石墨烯 超级电容器 原位生长技术 二氧化锰 复合材料
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM53;O613.71
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-25
• 1.1 石墨烯的发现12
• 1.2 石墨烯的形态结构和性能特征12-13
• 1.3 石墨烯的制备13-16
• 1.3.1 机械剥离法13-14
• 1.3.2 氧化还原法14-15
• 1.3.3 化学气相沉积法15-16
• 1.4 石墨烯的应用16-18
• 1.4.1 超级电容器16-17
• 1.4.2 锂离子电池17-18
• 1.5 超级电容器简介18-20
• 1.5.1 超级电容器的种类19
• 1.5.2 超级电容器的主要特性19-20
• 1.6 超级电容器电极材料20-23
• 1.6.1 活性炭电极材料20-21
• 1.6.2 碳纳米管电极材料21-22
• 1.6.3 炭气凝胶电极材料22
• 1.6.4 金属氧化物电极材料22-23
• 1.6.5 导电聚合物电极材料23
• 1.7 选题依据及主要工作23-25
• 第二章 实验方法简介25-30
• 2.1 实验试剂25
• 2.2 实验仪器和设备25-26
• 2.3 材料的结构和形貌表征26-27
• 2.3.1 X 射线衍射(XRD)26
• 2.3.2 傅里叶红外测试分析（FT-IR）26
• 2.3.3 电镜扫描分析(SEM)26-27
• 2.3.4 透射电镜分析(TEM)27
• 2.3.5 拉曼测试分析(Raman)27
• 2.3.6 热分析(TG)27
• 2.4 电化学性能分析27-29
• 2.4.1 电极的制备27
• 2.4.2 超级电容器的组装27-28
• 2.4.3 循环伏安测试(CV)28
• 2.4.4 恒流充放电测试28-29
• 2.4.5 循环稳定性测试29
• 2.4.6 交流阻抗测试29
• 2.5 本章小结29-30
• 第三章 石墨烯的制备与表征30-41
• 3.1 氧化石墨的制备与表征30-31
• 3.1.1 氧化石墨的制备30-31
• 3.1.2 氧化石墨烯的制备31
• 3.2 氧化石墨的表征31-33
• 3.2.1 XRD 分析31-32
• 3.2.2 红外分析32-33
• 3.2.3 氧化石墨的热重分析33
• 3.3 石墨烯的制备33-34
• 3.3.1 水合肼还原法34
• 3.3.2 微波加热还原34
• 3.3.3 真空热还原34
• 3.4 石墨烯的表征34-39
• 3.4.1 XRD 测试分析34-35
• 3.4.2 拉曼分析35-36
• 3.4.3 红外分析36-37
• 3.4.4 SEM 分析37-38
• 3.4.5 TEM 分析图38-39
• 3.5 本章小结39-41
• 第四章 石墨烯超级电容器性能分析41-54
• 4.1 无机体系下三种电极材料的电化学性能41-43
• 4.1.1 循环伏安分析41-42
• 4.1.2 交流阻抗分析42-43
• 4.2 有机体系下三种电极材料的电化学性能43-45
• 4.2.1 循环性能分析44
• 4.2.2 交流阻抗分析44-45
• 4.3 电极制备工艺对超级电容器性能的影响45-53
• 4.3.1 不同集流体对石墨烯超级电容器性能的影响45-47
• 4.3.1.1 循环伏安分析45-46
• 4.3.1.2 交流阻抗分析46-47
• 4.3.1.3 循环稳定性分析47
• 4.3.2 粘结剂含量对石墨烯超级电容器性能的影响47-50
• 4.3.2.1 循环伏安性能48
• 4.3.2.2 交流阻抗性能48-49
• 4.3.2.3 循环稳定性性能49-50
• 4.3.3 不同电极成型压力对超级电容器性能的影响50-53
• 4.3.3.1 循环伏安性能50-51
• 4.3.3.2 恒流充放电性能51-52
• 4.3.3.3 交流阻抗分析52
• 4.3.3.4 循环稳定性分析52-53
• 4.4 本章小结53-54
• 第五章 石墨烯/ MnO_2超级电容器研究54-62
• 5.1 石墨烯/ MnO_2复合材料的制备55-56
• 5.3 电学性能测试56-61
• 5.3.1 循环伏安性能分析56-58
• 5.3.2 恒流充放电分析58-59
• 5.3.3 交流阻抗分析59-60
• 5.3.4 循环稳定性分析60-61
• 5.4 本章小结61-62
• 第六章 结论62-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-71
• 攻硕期间的成果71-72

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 周颖;王志超;王春雷;王六平;许钦一;邱介山;;大孔-介孔分级孔结构炭材料制备及性能研究[J];无机材料学报;2011年02期

2 薛露平;郑明波;沈辰飞;吕洪岭;李念武;潘力佳;曹洁明;;微波固相剥离法制备功能化石墨烯及其电化学电容性能研究(英文)[J];无机化学学报;2010年08期

  本文关键词：石墨烯基电极材料的制备及其超电容性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：423868