收藏本站
《湖北大学》 2016年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

石墨烯基复合材料超级电容性能研究

郝明  
【摘要】:超级电容器是在传统电容器基础上发展而来的新型储能器件。因其具有更高的能量密度,较好的功率密度,非常好的工作稳定性,对环境较友好,使用条件宽松,在诸多领域有着良好的应用前景,不过其也存在着能量密度不足的问题。现如今,研究者一般从超级电容器的电极材料或者电解液着手提高电容器的性能。例如,提高电极材料比表面积、减小电子转移/离子扩散阻力从而提高电化学性能,将材料直接作为电极整体,去除金属等集流体从而提升利用率,使用离子液体代替水性电解液提高工作电势窗口电压从而提升电容器性能。在本论文中,将改性电极材料以提高其性能作为关注重点。因此,在本论文中研究的起点就是电极材料。众所周知,纳米材料有着各种优异的物理化学性能,尤其是碳的纳米材料被广泛的用作各种电化学储能器件的负极材料和复合电极材料中的基底材料。石墨烯是一种由单层石墨组成的二维纳米材料。从其发现之日起,便引起了广泛的关注,因其超大的比表面积,超高的载流子迁移率,非常好的导热性能,以及非常好的机械强度在诸多领域均有着良好的应用前景。尤其是在电化学储能器件电极材料这一方面更是如此。不过,石墨烯通常也存在难以加工,易重新堆叠成石墨的问题。因而,氧化石墨烯成为了研究的替代材料,它继承了石墨烯的一些优点如较大的比表面积,不过也丧失了优异的导电性能,需要通过还原恢复。本论文以氧化石墨烯为基底材料合成了交联聚苯胺/还原氧化石墨烯(4R-CPA/RGO)用作超级电容器电极材料研究,而后在此基础上继续研究了聚苯胺/氧化石墨烯/多壁碳纳米管(PAGM)//KOH活化氧化石墨烯/多壁碳纳米管(A-GM)复合材料不对称电容器。主要工作如下:1.交联聚苯胺/还原氧化石墨烯的制备及其电化学性能研究。本实验利用简单的原位溶液聚合,通过两次还原得到4R-CPA/RGO纳米复合材料。首先第一次还原是通过微波辅助还原得到稳定的RGO溶液,将其作为基底通过π-π吸附单体苯胺,而后原位聚合得到初产物,之后在对初产物进行二次还原得到更高性能的复合材料。通过TEM、SEM表征发现较规整的CPA完全覆盖于RGO片层之上,使整个复合材料的比表面积增大。将其滴涂于玻碳电极上,通过EIS表征,发现其主要由离子动力学控制,导电性能较好。通过CV、GCD测试,发现了其表现出了较好的电化学性能,得到较大的比电容,最大能得到1532 Fg-1;合适的功率与能量密度的统一等。通过在不同的扫描速率下的CV测试,也发现了此材料较好的灵敏性。通过在同一扫速下多次循环也得到了该材料拥有较好的稳定性(500次循环之后能保持原来的92.5%)。2.三元复合材料不对称超级电容器性能研究。本实验利用简单的溶液聚合得到了内里联系紧密的三元复合材料作为不对称电容器的正极材料。其微观结构表现为:GO提供足够的比表面积负载聚苯胺纳米柱,且这些纳米柱形成的纳米沟壑可以促进电解液离子与电极之间的扩散接触,被聚苯胺包裹的MWCNT桥接GO片之间,增强复合材料整体的导电性。负极为KOH活化的氧化石墨烯/多壁碳纳米管复合材料,其中KOH同时作为絮凝剂和活化剂,减少污染。负极材料微观则表现出多孔,疏松的特质。通过电化学表征,正电极材料不仅导电性良好,而且比容量较高,在测试所给的条件中,最高能达到696 Fg-1;负电极材料恢复了优异的导电性,且容量得到了提高;组装而成的不对称电容器在能量密度、功率密度均表现适宜,且稳定性也表现良好。3000次循环之后,其比电容仍能保持原来的89%。
【学位授予单位】:湖北大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TB332;TM53

【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 Alison Russell;蒋学坤;;世界石墨生产和供应现状及发展趋势(续)[J];矿产保护与利用;1989年04期
2 稻垣道夫;来晓育;;石墨类导电材料[J];橡胶参考资料;1989年04期
3 周强;曹乃珍;刘英杰;温诗铸;;膨化石墨吸附特性的研究及利用[J];新型碳材料;1996年01期
4 边光明;李雪芹;;影响石墨结合力的原因分析[J];内燃机与配件;2014年01期
5 苏育志,刘成波,张瑞芬,褶艳芬;氧化石墨的合成及其结构研究[J];广州师院学报(自然科学版);2000年03期
6 陈军刚;彭同江;孙红娟;刘波;赵二正;;还原温度对氧化石墨官能团、结构及湿敏性能的影响[J];无机化学学报;2014年04期
7 Karl F.W.Etzel;方群英;;碳与石墨:一种可满足最高标准的、连接金属和陶瓷的材料[J];国外非金属矿;1989年03期
8 邱海鹏,郭全贵,翟更太,宋永忠,刘朗;粘结剂对石墨材料的物理性能及微观结构影响的研究[J];宇航材料工艺;2001年06期
9 宋国武;石墨嵌入复合物的制备及其应用[J];江西化工;2002年04期
10 邹艳红,刘洪波,傅玲,陈宗璋;氧化石墨在H_2还原过程中的结构与性能变化[J];中国有色金属学报;2005年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 郑辙;田连弟;;煤基石墨的高分辨电子显微象的研究[A];第六次全国电子显微学会议论文摘要集[C];1990年
2 康飞宇;白东军;;碳化硅分解石墨的结构与形态[A];中国科学技术协会首届青年学术年会论文集(工科分册·上册)[C];1992年
3 陈卓;;基于磁性石墨纳米晶的生物检测应用[A];第七届全国仪器分析及样品预处理学术研讨会论文集[C];2013年
4 顾则鸣;;利用分子轨道理论研究石墨的润滑机理[A];摩擦学第三届全国学术交流会论文集润滑材料部分[C];1982年
5 邱海鹏;刘朗;韩立军;丁海英;;单组元钛掺杂石墨的导电性能及微观结构的研究[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅲ[C];2004年
6 傅玲;邹艳红;刘洪波;何月德;;氧化石墨及其聚合物纳米复合材料的研究现状[A];第19届炭—石墨材料学术会论文集[C];2004年
7 姚延立;王晓敏;郭巧梅;杜文;许并社;;石墨微球的制备及化学修饰[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(10)[C];2007年
8 鄧茂華;李雱雯;;利用退火提高石墨包裹奈米铁晶粒之包裹良率[A];中国颗粒学会超微颗粒专委会2013年年会暨第八届海峡两岸超微颗粒学术研讨会论文集[C];2013年
9 李瑞;孙丹海;;单壁碳纳米管在石墨基底上的运动与能量耗散[A];第十一届全国摩擦学大会论文集[C];2013年
10 鄧茂華;蔡少葳;;石墨包裹奈米镍颗粒在外加磁场内之自组排列现象[A];中国颗粒学会超微颗粒专业委员会第五届年会暨海峡两岸纳米颗粒学术研讨会论文集[C];2007年
中国重要报纸全文数据库 前3条
1 记者  王心见;石墨可用做纳米元件基础材料[N];科技日报;2006年
2 姚敬劬;石墨在移动通信技术中的应用[N];中国矿业报;2002年
3 冯卫东;科技将这样改变我们的生活[N];科技日报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张红芬;石墨烯基电化学传感器的研究及分析应用[D];山西大学;2015年
2 胡韬;新型石墨烯基纳米材料的制备及其在锂离子电池负极的应用[D];东北大学;2014年
3 鱼春萌;还原氧化石墨烯基新型场效应晶体管和二极管的创制及其传感应用[D];陕西师范大学;2015年
4 孙丹萍;石墨烯基磁性复合材料的制备及吸波性能的优化[D];南京理工大学;2014年
5 刘骞;非连续石墨/铜复合材料的制备与热性能研究[D];北京科技大学;2015年
6 余友谊;石墨烯基纳米材料的制备及其复合材料在光学催化中的应用[D];华东师范大学;2016年
7 宋志灵;新型金属石墨纳米囊的合成及其生化传感性能研究[D];湖南大学;2015年
8 朱春林;几种生物反应体系对石墨和氧化石墨烯的作用及机理研究[D];南京理工大学;2016年
9 韩永军;高强石墨基复合材料的低成本制备与性能研究[D];北京科技大学;2015年
10 杨新梅;高定向热解石墨的铁磁有序机理研究[D];山东大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李靖;氧化石墨的制备与氢敏特性研究[D];中北大学;2012年
2 刘新;电化学还原CO_2的金属/石墨稀催化剂制备及其催化性能研究[D];北京林业大学;2015年
3 生世俊;碳基纳米复合材料电极的研制及其在药物和日化产品分析中的应用[D];复旦大学;2014年
4 刘功总;石墨烯基磁性复合材料的制备及其吸波性能研究[D];南京理工大学;2015年
5 张广昊;PCB微孔导电石墨乳液的研制[D];南京理工大学;2015年
6 滕飞;高压碱浸—常压酸浸法提纯鳞片石墨的研究[D];昆明理工大学;2015年
7 阎权;酚醛树脂为粘结剂的多孔碳石墨材料制备与性能研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
8 张莹;石墨烯基催化剂的制备及其催化性能研究[D];陕西师范大学;2015年
9 黄杰;有机碱分子功能化氧化石墨催化剂的制备及其性能研究[D];南昌大学;2015年
10 付帅;金属氢氧化物/石墨烯基复合材料的制备及其电催化学性能的研究[D];北京化工大学;2015年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026