石墨烯储能材料的制备及其电化学防腐蚀研究

发布时间：2017-10-30 02:02

  本文关键词：石墨烯储能材料的制备及其电化学防腐蚀研究

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【摘要】：石墨烯,是一种二维纳米片层材料,由于其特殊的物理化学性质,例如巨大的比表面积(2630 m~2g~(-1)),良好的电子传输速度(2.5×105 cm~2V~(-1)s~(-1)),优异的热传导性能(5000 W mK~(-1))以及突出的机械性能(1 TPa),从2004年被发现之后一直是人们研究的重点关注对象。特别是在储能领域的应用更是十分的广泛。但是,传统的石墨烯片层水溶性差、容易堆积等缺点限制了其特性的发挥,因此对于石墨烯材料性能的改进还需要更为深入的研究。本文基于三维多孔自支撑石墨烯骨架,利用水热合成以及冷冻干燥的方法制备了三维多孔石墨烯/二氧化锰和三维石墨烯/碳纳米管/二氧化锰复合材料,并将其作为电极活性物质,对不同体系的储能设备开展研究,并将储能设备应用在光电化学阴极保护防腐蚀体系。研究的主要内容包括以下几个方面:(1)采用模板法制备了三维多孔石墨烯骨架。研究了模板和石墨烯配比用量、模板表面的电荷状态和溶液的pH值对产物形貌的影响。实现了三维球状石墨烯和三维球孔石墨烯的可控合成。(2)利用水热合成的方法在所制备的三维多孔石墨烯骨架上负载了二氧化锰纳米颗粒;利用冷冻干燥法制备了三维石墨烯-碳纳米管复合气凝胶材料,并在多孔结构基础之上负载了二氧化锰纳米颗粒,制备出了不同类活性复合材料。(3)对实验所制备的活性材料进行储能性质的研究,分别进行了循环伏安测试、恒电流充放电测试、电化学阻抗谱分析,来研究容量、循环寿命、电极阻抗等等性质。并设计平行对比实验研究所制备材料性能的优势和不足。(4)将活性物质制备成扣式电池器件,作为光电化学阴极保护的外加储能电源,对Q235碳钢电极进行阴极保护,研究了其阴极保护效果。
【关键词】：石墨烯 超级电容器 锂离子电池 电化学防腐蚀 阴极保护
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(海洋研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-26
• 1.1 引言11-12
• 1.2 超级电容器简介12-16
• 1.2.1 超级电容器储能机理12-14
• 1.2.2 超级电容器电极材料14-16
• 1.3 锂离子电池简介16-22
• 1.3.1 锂离子电池工作原理17-18
• 1.3.2 锂离子电池电极材料18-19
• 1.3.3 锂离子电池负极材料19-22
• 1.4 石墨烯简介22-23
• 1.5 阴极保护简介23-24
• 1.6 本文的立题依据和研究内容24-26
• 第二章 实验部分26-34
• 2.1 实验材料与仪器26-28
• 2.2 材料表征28-29
• 2.2.1 扫描电子显微镜分析28
• 2.2.2 透射电子显微镜分析28-29
• 2.2.3 X-射线衍射分析29
• 2.3 超级电容器电极的制作29-30
• 2.3.1 极片的制备29
• 2.3.2 测试系统的组装29-30
• 2.4 锂离子电池的装配30-31
• 2.4.1 极片的制备30
• 2.4.2 电池的组装30-31
• 2.5 电化学性能的测试31-34
• 2.5.1 循环伏安测试31-32
• 2.5.2 电化学阻抗谱测试32
• 2.5.3 超级电容器电极的恒电流充放电测试32-33
• 2.5.4 锂离子电池恒流充放电测试33-34
• 第三章 三维多孔石墨烯骨架的制备及其储锂性能研究34-45
• 3.1 引言34
• 3.2 三维石墨烯的制备34-35
• 3.3 三维磺化石墨烯结构的表征35-36
• 3.4 模板表面电荷状态对形貌结构的影响研究36-39
• 3.5 三维石墨烯作为负极材料的电化学性能表征39-43
• 3.5.1 电极的制备39-40
• 3.5.2 电池的组装40
• 3.5.3 电化学性能测试40-43
• 3.6 本章小结43-45
• 第四章 磺化石墨烯/碳纳米管/二氧化锰复合材料的制备及超级电容器性能研究45-52
• 4.1 前言45
• 4.2 实验部分45-46
• 4.2.1 磺化石墨烯/ 碳纳米管/二氧化锰复合材料的制备45-46
• 4.3 磺化石墨烯/ 碳纳米管/二氧化锰复合材料的表征46-48
• 4.3.1 X射线衍射分析46
• 4.3.2 样品形貌表征及分析46-48
• 4.4 磺化石墨烯/ 碳纳米管/二氧化锰复合材料的电化学性能表征48-51
• 4.4.1 工作电极的制备48-49
• 4.4.2 电化学性能测试49-51
• 4.5 本章小结51-52
• 第五章 三维石墨烯/二氧化锰的制备及超级电容器性能研究52-61
• 5.1 前言52
• 5.2 三维石墨烯/二氧化锰复合材料的制备52
• 5.2.1 三维石墨烯骨架的合成52
• 5.2.3 三维石墨烯/二氧化锰 复合材料的制备52
• 5.3 三维石墨烯/二氧化锰 复合材料的表征52-55
• 5.3.1 三维石墨烯/二氧化锰 的X射线衍射分析52-53
• 5.3.2 三维石墨烯/二氧化锰 的形貌分析53-55
• 5.4 三维石墨烯/二氧化锰 复合材料的电化学性能表征55-60
• 5.4.1 工作电极的制备55
• 5.4.2 电化学性能表征55-60
• 5.5 本章小结60-61
• 第六章 超级电容器器件应用于阴极保护系统的性能研究61-71
• 6.1 前言61-63
• 6.2 扣式超级电容器的制备及性能研究63-66
• 6.2.1 扣式超级电容器的制备63
• 6.2.2 扣式超级电容器电化学性能表征63-66
• 6.3 染敏太阳能电池的组装以及性能表征66-68
• 6.3.1 染敏太阳能电池的组装66-67
• 6.3.2 染敏太阳能电池的性能表征67-68
• 6.4 超级电容器应用与光电化学阴极保护系统研究68-69
• 6.4.1 测试体系的搭建68
• 6.4.2 实验结果68-69
• 6.5 本章小结69-71
• 第七章 结论与展望71-73
• 7.1 结论71-72
• 7.2 展望72-73
• 参考文献73-86
• 作者简介86-87
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文与研究成果87

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6 本报特约撰稿 吴康迪;石墨烯 何以结缘诺贝尔奖[N];计算机世界;2010年

7 记者 谢荣　通讯员 夏永祥 陈海泉 张光杰;石墨烯在泰实现产业化[N];泰州日报;2010年

8 本报记者 纪爱玲;石墨烯：市场未启 炒作先行[N];中国高新技术产业导报;2011年

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10 李晶;高分散性石墨烯的制备[D];上海交通大学;2013年

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