收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

二维层状过渡金属碳化物基复合材料的制备及其电化学行为研究

徐帅凯  
【摘要】:超级电容器,作为一种可适用于智能、便携装置中的新型电化学能源储存器件,和其他电化学能源储存器件相比,它具有高功率密度和优异的循环性能等特点。但是受到双电层或者表面法拉第储能机理和电压窗口的限制,超级电容器能量密度相对较低。合成具有高比电容的和优异倍率性能的新型电极材料是提高超级电容器能量密度的有效办法。新型二维过渡金属碳化物(MXene)由于其有序的二维层状结构、丰富的表面官能团和良好的导电性,因此具有较高的理论比电容和倍率性能。然而,MXene纳米片之间的团聚现象和其表面的含氧官能团限制了其电化学性能。为了解决这些问题,本文的思路是将多层MXene与其他导电物质复合,或者对其进行分层剥离,制备具有高电化学性能的MXene基柔性电极材料。另外,本文还对MXene表面的官能团在电化学储能中所扮演的角色进行了研究和分析。以此为基础,本论文着重考察了Ti_3C_2T_x MXene基的柔性电极的制备工艺,系统表征了所制材料的物相和形貌,并深入研究了电极材料的电化学性能以及组装的柔性超级电容器在便携式器件当中的应用,得到的主要结论如下:(1)分别以多层Ti_3C_2T_x MXene和双金属氢氧化物(Co-Al-LDH)为负极、正极,利用丝网印刷工艺在柔性衬底上印刷了共面插齿状微型非对称超级电容器。所制备的共面固态非对称超级电容器面积能量密度能达到8.84μWh cm~(-2),高于Ti_3C_2T_x基对称电容器的能量密度(3.38μWh cm~(-2))。并且所组装的MHD具有良好的柔韧性和循环性能,循环10,000次后依旧能保留92%的比电容。另外,作为便携式电源,MHD还可以和电阻式压力传感器集成在一起做成轻便的自供电压力传感器,可以用来检测外部压力的变化。改进后的两步丝网印刷方法也可以用于制备以其他活性材料作正负极的微型柔性非对称超级电容器的制备。(2)利用电泳沉积法在泡沫镍表面沉积了无粘结剂的Ti_3C_2T_x MXene膜电极。结果表明,利用含有少层Ti_3C_2T_X纳米片的有机胶体作为电泳液,可以在任何柔性导电衬底上以层层堆叠自组装的过程快速沉积均匀的质量负载可控的无粘结剂Ti_3C_2T_X膜电极。以剥离得到的少层Ti_3C_2T_X纳米片作为电极材料,可以增大Ti_3C_2T_X材料的层间距,减弱Ti_3C_2T_X纳米片的团聚,促进电解液离子在Ti_3C_2T_X电极材料中的脱嵌,从而提高电极材料的比电容和倍率性能。所制备的Ti_3C_2T_X膜电极比电容能提高到140 F g~(-1)。(3)通过真空抽滤和后续的真空热还原制备了柔性自支撑rGO/Ti_3C_2T_x复合膜,考察了此复合柔性膜作为赝电容材料的电化学性能及其性能影响因素。结果表明,以rGO纳米片作为导电网包覆多层Ti_3C_2T_X,可以提高整个电极的导电性,避免了有机聚合物导电剂的使用,从而制备具有高倍率性能的厚的Ti_3C_2T_X基膜材料。由于rGO和Ti_3C_2T_X的协同作用,rGO/Ti_3C_2T_X膜电极体积比电容和质量比电容能分别达到370 F cm~(-3)和405 F g~(-1)。以rGO/Ti_3C_2T_X为正负极组装的固态超级电容器在功率密度为0.06 W cm~(-3)时能量密度能达到63 mWh cm~(-3)。此固态超级电容器可以与柔性薄膜太阳能电池以共阳极的方式集成在一起,制备自充电的能量转换储存装置。(4)多层Ti_2CT_X/rGO复合材料的电化学性能研究。按照制备rGO/Ti_3C_2T_X膜的方法制备rGO/Ti_2CT_X复合膜,考察此复合柔性膜作为锂离子电池负极材料的电化学性能。复合膜rGO/Ti_2CT_X在0.1 A g~(-1)的条件下可逆比容量能达到700 mAh g~(-1),并具有良好的循环性能和倍率性能。同样,rGO/Ti_3C_2T_X作为锂离子电池负极材料时比容量能达到305 mAh g~(-1)。(5)利用少层Ti_3C_2T_x悬浮液,真空抽滤得到了Ti_3C_2T_x paper。通过利用各种表画处理方法对MXene的表面官能团进行控制,并分析具有不同官能团种类的MXene paper的电化学性能,得出了每种官能团的电化学活性强弱。本文中制备MXene膜及其与rGO的复合物的方法同样适用于其他的MXene材料,比如Nb_2CT_x、V_2CT_x和Ti_2NT_x等,分别制备rGO/Nb_2CT_x、rGO/V_2CT_x和rGO/Ti_2NT_x复合柔性膜。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前18条
1 摆玉龙;;超级电容器电极材料的研究进展[J];新疆化工;2011年03期
2 ;中科院合肥物质科学研究院石墨烯基超级电容器研制成功[J];中国建材资讯;2017年04期
3 林旷野;刘文;陈雪峰;;超级电容器隔膜及其研究进展[J];中国造纸;2018年12期
4 程锦;;超级电容器及其电极材料研究进展[J];电池工业;2018年05期
5 曾进辉;段斌;刘秋宏;蔡希晨;吴费祥;赵盼瑶;;超级电容器参数测试与特性研究[J];电子产品世界;2018年12期
6 刘永坤;姚菊明;卢秋玲;黄铮;江国华;;碳纤维基柔性超级电容器电极材料的应用进展[J];储能科学与技术;2019年01期
7 季辰辰;米红宇;杨生春;;超级电容器在器件设计以及材料合成的研究进展[J];科学通报;2019年01期
8 余凡;熊芯;李艾华;胡思前;朱天容;刘芸;;金属-有机框架作为超级电容器电极材料研究的综合性实验设计[J];化学教育(中英文);2019年02期
9 王蕾;;伊朗让纸变成“超级电容器” 可快速充放电[J];新能源经贸观察;2018年12期
10 李梦格;李杰;;超级电容器的原理及应用[J];科技风;2019年13期
11 ;20秒充满一辆电动汽车:碳纳米管超级电容器年底量产[J];新能源经贸观察;2019年04期
12 郑超;李林艳;陈雪丹;于学文;顾应展;吴奕环;丁升;潘国林;周洲;刘秋香;陈宽;袁峻;杨斌;乔志军;傅冠生;阮殿波;;超级电容器百篇论文点评(2017.7.1—2017.12.15)[J];储能科学与技术;2018年01期
13 余勇;孙士斌;;微型超级电容器的3D打印制备方法[J];时代汽车;2018年07期
14 张莉;时红雷;;超级电容器的老化趋势分析[J];电子测量与仪器学报;2018年07期
15 陆志峰;胡国文;林萍;李祥;;超级电容器均压装置的设计[J];电源技术;2018年07期
16 凌云;刘世平;;超级电容器在物理实验教学中的应用[J];教学仪器与实验;2011年03期
17 丰骏;朱云松;丁晓峰;;浅析超级电容器的应用及发展趋势[J];山东工业技术;2018年24期
18 ;超级电容器改革,电动车有望实现“秒充”[J];重型汽车;2016年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 代杰;汪汇源;谭堾予;隋刚;杨小平;;二硫化钼/中空碳球复合材料的制备及其在超级电容器中的应用[A];中国化学会2017全国高分子学术论文报告会摘要集——主题I:能源高分子[C];2017年
2 时志强;;开启电力能量储存与利用的新时代?——超级电容器技术与应用进展[A];2018电力电工装备暨新能源应用技术发展论坛报告集[C];2018年
3 马衍伟;张熊;孙现众;王凯;;高性能超级电容器及其电极材料的研究[A];第三届全国储能科学与技术大会摘要集[C];2016年
4 邱介山;于畅;杨卷;;超级电容器用功能二维纳米碳材料的合成及功能化[A];第三届全国储能科学与技术大会摘要集[C];2016年
5 孟月娜;武四新;;高倍率性的碳纳米管基柔性超级电容器电极[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第二十九分会:电化学材料[C];2016年
6 潘伟;薛冬峰;;铁基超级电容器[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第四十二分会:能源纳米材料物理化学[C];2016年
7 王凯;张熊;孙现众;马衍伟;;柔性固态超级电容器:从材料设计到器件制备[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第四十一分会:纳米材料与器件[C];2016年
8 娄正;沈国震;;柔性芯片超级电容器的设计及其在传感系统中的应用[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第四十一分会:纳米材料与器件[C];2016年
9 高书燕;万岁阁;魏先军;;自组装法制备超亲水氮掺杂碳凝胶超级电容器电极材料[A];第七届全国物理无机化学学术会议论文集[C];2016年
10 张晓芳;张伟;卢灿辉;;基于纳米纤维素的N-掺杂碳质气凝胶超级电容器的制备及应用研究[A];2016年全国高分子材料科学与工程研讨会论文摘要集[C];2016年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 闫晓军;基于电解液功能调控的高电压水系超级电容器研究[D];华东师范大学;2019年
2 方敏杰;导电及发光自愈合功能复合材料的制备及其应用[D];华东师范大学;2019年
3 赵江山;扩散法制备纳米镍基和铜基超级电容器电极材料[D];北京理工大学;2017年
4 张兴磊;超级电容器温度特性及电动公交车电容舱冷却系统研究[D];上海交通大学;2017年
5 梁晨;用于超级电容器电极的生物质炭及其复合材料的制备与性能研究[D];吉林大学;2019年
6 徐帅凯;二维层状过渡金属碳化物基复合材料的制备及其电化学行为研究[D];吉林大学;2019年
7 刘国龙;泡沫铜基分等级结构超级电容器电极材料的制备及性能研究[D];吉林大学;2019年
8 李维俊;低维SiC纳米材料的制备及其在超级电容器中的应用研究[D];吉林大学;2019年
9 王广宁;多酸基配位聚合物超级电容器电极材料的制备及性能研究[D];哈尔滨理工大学;2018年
10 马丽娜;细菌纤维素基柔性超级电容器电极的制备与性能研究[D];哈尔滨工业大学;2018年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张黎星;低成本高性能活性炭及其超级电容器性能研究[D];武汉科技大学;2019年
2 程亚杰;电容式电子测压器的光触发技术和电源供电技术的研究[D];中北大学;2019年
3 陈奕;NiCo_2O_4复合电极材料的制备及其超电性能研究[D];中北大学;2019年
4 刘文昊;ZIF-8衍生碳材料的制备及其在超级电容器中的应用研究[D];东北师范大学;2019年
5 巴月荣;聚合物基多孔碳和柔性电极的制备及其电化学性能研究[D];中原工学院;2019年
6 卢殷;基于三维网络结构原位构筑钴基、铜基氧(硫)化物纳米材料及其性能研究[D];中原工学院;2019年
7 刘耀智;金属有机框架/聚吡咯复合电极在超级电容器中的应用研究[D];东北师范大学;2019年
8 孙显强;纳米纤维可穿戴的高性能的超级电容器的制备与研究[D];中原工学院;2019年
9 李晓敏;石墨烯基复合材料的制备及其在超级电容器中的应用[D];山东大学;2019年
10 李禄斌;氢氧化镍纳米材料的低能耗制备及超级电容器应用[D];山东大学;2019年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 山科;煤基电容炭有望规模化生产[N];中国化工报;2014年
2 实习生 邱锐;碳纳米管超级电容器问世[N];中国科学报;2012年
3 重庆商报-上游新闻记者 韦玥;超级电容器:让新能源车跑得更远[N];重庆商报;2019年
4 见习记者 邓恢平;把种子播种在广阔电动公交市场[N];中国电力报;2019年
5 记者 来莅;中国超级电容器技术及产业国际论坛在北海举行[N];北海日报;2019年
6 记者 杨保国 通讯员 周慧;合肥工业大学等 研发可实时修复的伸缩型超级电容器[N];中国科学报;2019年
7 见习记者 鲁珈瑞;开辟超级电容新路径[N];中国电力报;2019年
8 重庆商报-上游新闻记者 郑三波;“重庆造”超级电容器亮相[N];重庆商报;2019年
9 本报记者 李东慧;我市将建超级电容器研发中心 多个住宅项目坚持新中式风貌[N];洛阳日报;2018年
10 湖北 朱少华 编译;一款双向DC/DC稳压器和超级电容器充电器电路[N];电子报;2017年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978