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《清华大学》 2014年
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石墨烯/炭黑复合材料制备及其在电化学储能中的应用

李用  
【摘要】:随着能源问题和环境问题的日益凸显,新能源的开发利用备受关注,成为人类寻求可持续发展的突破点之一。因此,这对能源的传输和储存也提出了新的要求。超级电容器和锂离子电池是被深入研究和广泛应用的两种很有潜力的能量存储器件,它们必须具备快速的离子传导和电子传导通道。另一方面,石墨烯是至薄至柔的二维材料,具有优异的导电导热性,也逐渐被广泛应用于新能源领域。采用化学方法制备的氧化石墨烯,由于其表面丰富的官能团可以容易地制备出各种基于石墨烯的复合材料和复合结构。本文设计制备出了一种还原氧化石墨烯/炭黑的复合材料,在还原氧化石墨烯表面原位制备由炭黑颗粒连接形成的“串”,进一步提高其导电性能,并可以避免石墨烯片层堆积,在电极内部构建离子的快速传递通道;同时,炭黑的多孔结构还可以促进电解液在活性材料表面的聚集,进一步提高超级电容器和锂离子电池的倍率性能。 材料制备方面,采用阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵将炭黑分散,并与氧化石墨烯表面带负电的官能团结合,在水热自组装的条件下,制备了还原氧化石墨烯/炭黑的复合材料。还原氧化石墨烯片层和炭黑构建了以石墨烯片层为基体,炭黑形成炭黑串为骨架并均匀分散在石墨烯片层上或边缘的稳定的三维结构,这种三维结构既提供了稳定的三维孔隙结构又能提供一个三维的导电网络。 还原氧化石墨烯/炭黑成功应用于超级电容器材料中,倍率性能和循环性能优秀。40A/g的大电流密度下容量达到154F/g,保持率为65%。300℃热处理的样品电容性能进一步提高,40A/g时比容量高达172F/g,循环20000周后,容量先上升,稳定后保持率为98%。900℃热处理后的还原氧化石墨烯/炭黑成功应用于磷酸铁锂正极导电剂。添加5wt%还原氧化石墨烯/炭黑导电剂的电极,10C时比容量能够达72mAh/g,1C倍率下循环100圈后其能保持98%的比容量,均优于添加10wt%炭黑导电剂的电极。
【学位授予单位】:清华大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TQ127.11;TB33

【参考文献】
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【共引文献】
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