自组装Ni-Co LDH/磺化石墨烯复合材料的超级电容器性能研究
发布时间：2021-10-30 09:46
电化学超级电容器因其功率密度高、充放电过程快、电压范围宽、使用寿命长等优点而备受关注,其在移动电子装置、电动汽车等领域有着广阔应用前景。电极材料是决定超级电容器储能性能的关键,因而成为了目前研究的热点。本文系统研究了磺化石墨烯、镍钴双金属氢氧化物以及磺化石墨烯与镍钴双金属氢氧化物自组装复合材料制备过程,以及所制备的电极材料在三电极体系和两电极体系中的电化学性能。以氨基葡萄糖为还原剂和氮掺杂试剂,在将氧化石墨烯还原的同时使得将氨基葡萄糖枝接在石墨烯表面,制备氮掺杂石墨烯（GGN）。并以氯磺酸为磺化试剂以二氯甲烷为溶剂,将GGN磺处理制备磺化石墨烯（SGN）。研究结果表明,GGN和SGN具有良好的分散性能以及丰富的负电基团,有利于自组装复合材料的制备。所制备的SGN80电极材料在三电极测试系统中,当电流密度为1 A·g-1时,SGN80的比电容为138.13 F·g-1;当电流密度增加到10 A·g-1时,SGN80的比电容为117.5 F·g-1,比电容保持率达85.1%。采用氧化诱导插层的方法制备了...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
各种储能体系的能量密度和功率密度对比[6]
燕山大学工学硕士学位论文-2-1.2超级电容器简介超级电容器的结构示意图如图1-2所示[8]，超级电容器与二次电池有着相似的结构，其主要包括电极材料、隔膜、电解液、集流体以及外壳等五个部分所组成[7]。其中，电极材料是超级电容器高能量密度、高功率密度、高循环稳定性实现的关键，高性能超级电容器电极材料已成为研究的热点。图1-2超级电容器结构示意图[8]依据电荷存储机理的不同可以将电极材料分成三种类型：双电层电容（ElectricalDouble-LayerCapacitor，EDLC），赝电容（Pseudocapacitance）以及电池型电容（Battery-typeCapacitor）[9-12]。双电层电容型：在双电层电容中，依靠在电极-电解质界面上的物理吸附/解吸离子来储存电能[13]。在充电过程中，电子通过外部负载从负极传到正极。在电解液中，阴离子向正极移动，而阳离子向负极移动。在放电过程中，发生相反的过程[14]。在这种电荷存储的形式中，电荷不通过电极/电解液界面传递，电极和电解液之间不发生净的离子交换，在充放电过程中电解液浓度保持恒定。其循环伏安曲线呈矩形，常见的双电层电容电极材料主要包括碳基材料，例如活性炭、碳纳米管和石墨烯等[15]。赝电容型：与双电层电容不同，赝电容型电极材料存储电荷的本质是法拉第过程，该过程所涉及的是发生在活性物质表面或近表面快速可逆的氧化还原反应，这种反应机理与电子转移引起的电极材料的价态变化有关。二氧化钌（RuO2）是第一个被报道的表现出赝电容行为的电极材料。尽管RuO2电极以法拉第过程存储电荷，但
燕山大学工学硕士学位论文-4-GopalsamyK等[26]合成了一种氮硫共掺杂的多孔石墨烯纳米带（NS-GNR），高孔隙率的NS-GNR通道为电解质离子提供了有效的离子传输路径，提供了更多的活性位点，增强了电极材料的整体导电性和稳定性。在三电极测试体系中，当电流密度为0.5A·g-1时，比电容达到442F·g-1。此外，在对称的两电极测试体系中，发现其能量密度约为23.85Wh·kg-1时，功率密度约为8753W·kg-1。图1-3NGS的制备原理图[25]WangBH等[27]将长链的聚酰胺化合物通过酰胺化反应枝接到氧化石墨烯表面，并在酰胺化氧化石墨烯（AMGO）还原成酰胺化石墨烯（AMG）的过程中发挥隔离的作用避免AMG的堆叠，除此之外，在将AMG煅烧制备三维多孔氮掺杂石墨烯（N-3DMG）时充当氮源，制备过程如1-4所示。N-3DMG比表面积达627m2·g-1，石墨烯的介孔结构可以有效的促进电解质的扩散过程。在三电极体系的测试中，当电流密度为1A·g-1时，其比电容可达408F·g-1。图1-4N-3DMG的制备过程图[27]LiuJL等[28]以NH3H2O作为掺杂剂和以H2O2作为刻蚀剂与氧化石墨烯（GO）在较温和的条件下回流反应制得多孔的氮掺杂氧化石墨烯（H-NGO），然后通过氧化聚合的方法制备了多孔的氮掺杂氧化石墨烯/聚苯胺（H-NGO/PANI）复合材料，最后经肼还原制得多孔的氮掺杂还原氧化石墨烯/聚苯胺（H-NrGO/PANI）复合材料。在组装的对称的超级电容器测试中，当功率密度为329.5W·kg-1时，其能量密度可达24.7Wh·kg-1。
【参考文献】：
期刊论文
[1]磺化石墨烯/天然胶乳复合胶膜的制备及性能[J]. 李津苏,栗英亮,王玉峰,黄东强,韩飞雪. 合成橡胶工业. 2018(06)
[2]层状双氢氧化物及其复合材料在超级电容器领域的研究进展[J]. 单乾元,张育新,周正. 电子元件与材料. 2017(08)
[3]电化学超级电容器电极材料研究进展[J]. 刘云鹏,李乐,韩颖慧,吴天昊,李昕烨. 华北电力大学学报(自然科学版). 2016(06)
[4]石墨烯基超级电容器的研究进展[J]. 吕生华,邓丽娟. 功能材料. 2015(24)
[5]超级电容器及其在新能源领域的应用[J]. 王超,苏伟,钟国彬,魏增福,徐凯琪. 广东电力. 2015(12)
本文编号：3466509
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
各种储能体系的能量密度和功率密度对比[6]
燕山大学工学硕士学位论文-2-1.2超级电容器简介超级电容器的结构示意图如图1-2所示[8]，超级电容器与二次电池有着相似的结构，其主要包括电极材料、隔膜、电解液、集流体以及外壳等五个部分所组成[7]。其中，电极材料是超级电容器高能量密度、高功率密度、高循环稳定性实现的关键，高性能超级电容器电极材料已成为研究的热点。图1-2超级电容器结构示意图[8]依据电荷存储机理的不同可以将电极材料分成三种类型：双电层电容（ElectricalDouble-LayerCapacitor，EDLC），赝电容（Pseudocapacitance）以及电池型电容（Battery-typeCapacitor）[9-12]。双电层电容型：在双电层电容中，依靠在电极-电解质界面上的物理吸附/解吸离子来储存电能[13]。在充电过程中，电子通过外部负载从负极传到正极。在电解液中，阴离子向正极移动，而阳离子向负极移动。在放电过程中，发生相反的过程[14]。在这种电荷存储的形式中，电荷不通过电极/电解液界面传递，电极和电解液之间不发生净的离子交换，在充放电过程中电解液浓度保持恒定。其循环伏安曲线呈矩形，常见的双电层电容电极材料主要包括碳基材料，例如活性炭、碳纳米管和石墨烯等[15]。赝电容型：与双电层电容不同，赝电容型电极材料存储电荷的本质是法拉第过程，该过程所涉及的是发生在活性物质表面或近表面快速可逆的氧化还原反应，这种反应机理与电子转移引起的电极材料的价态变化有关。二氧化钌（RuO2）是第一个被报道的表现出赝电容行为的电极材料。尽管RuO2电极以法拉第过程存储电荷，但
燕山大学工学硕士学位论文-4-GopalsamyK等[26]合成了一种氮硫共掺杂的多孔石墨烯纳米带（NS-GNR），高孔隙率的NS-GNR通道为电解质离子提供了有效的离子传输路径，提供了更多的活性位点，增强了电极材料的整体导电性和稳定性。在三电极测试体系中，当电流密度为0.5A·g-1时，比电容达到442F·g-1。此外，在对称的两电极测试体系中，发现其能量密度约为23.85Wh·kg-1时，功率密度约为8753W·kg-1。图1-3NGS的制备原理图[25]WangBH等[27]将长链的聚酰胺化合物通过酰胺化反应枝接到氧化石墨烯表面，并在酰胺化氧化石墨烯（AMGO）还原成酰胺化石墨烯（AMG）的过程中发挥隔离的作用避免AMG的堆叠，除此之外，在将AMG煅烧制备三维多孔氮掺杂石墨烯（N-3DMG）时充当氮源，制备过程如1-4所示。N-3DMG比表面积达627m2·g-1，石墨烯的介孔结构可以有效的促进电解质的扩散过程。在三电极体系的测试中，当电流密度为1A·g-1时，其比电容可达408F·g-1。图1-4N-3DMG的制备过程图[27]LiuJL等[28]以NH3H2O作为掺杂剂和以H2O2作为刻蚀剂与氧化石墨烯（GO）在较温和的条件下回流反应制得多孔的氮掺杂氧化石墨烯（H-NGO），然后通过氧化聚合的方法制备了多孔的氮掺杂氧化石墨烯/聚苯胺（H-NGO/PANI）复合材料，最后经肼还原制得多孔的氮掺杂还原氧化石墨烯/聚苯胺（H-NrGO/PANI）复合材料。在组装的对称的超级电容器测试中，当功率密度为329.5W·kg-1时，其能量密度可达24.7Wh·kg-1。
【参考文献】：
期刊论文
[1]磺化石墨烯/天然胶乳复合胶膜的制备及性能[J]. 李津苏,栗英亮,王玉峰,黄东强,韩飞雪. 合成橡胶工业. 2018(06)
[2]层状双氢氧化物及其复合材料在超级电容器领域的研究进展[J]. 单乾元,张育新,周正. 电子元件与材料. 2017(08)
[3]电化学超级电容器电极材料研究进展[J]. 刘云鹏,李乐,韩颖慧,吴天昊,李昕烨. 华北电力大学学报(自然科学版). 2016(06)
[4]石墨烯基超级电容器的研究进展[J]. 吕生华,邓丽娟. 功能材料. 2015(24)
[5]超级电容器及其在新能源领域的应用[J]. 王超,苏伟,钟国彬,魏增福,徐凯琪. 广东电力. 2015(12)
本文编号：3466509
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/boshibiyelunwen/3466509.html
