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《湖南大学》 2018年
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分级有序介孔碳/石墨烯复合材料的制备及电化学性能研究

宋艳杰  
【摘要】:超级电容器作为一种新型储能装置具有循环寿命长以及充放电速率快等优点被广泛研究。但能量密度限制了电容器的广泛应用,而能量密度与电压及比电容成正比,所以提高电解质的电压和电极材料的比电容有利于提高其能量密度。本论文通过复合石墨烯的方法,研究石墨烯复合对介孔碳材料结构和性能的影响,并探究复合碳材料在不同电解液中的电化学性能,主要研究内容和结论如下:(1)以苯酚与甲醛合成的酚醛树脂预聚体为碳源,嵌段共聚物F127为软模板,加入不同含量的氧化石墨烯,利用溶剂挥发自组装法成功制备出了分级有序介孔碳/石墨烯复合材料(OMC/G)。且随着PF与GO比值的改变,OMC/G的电化学性能有很大的变化。当石墨烯的含量较低时,石墨烯可能阻碍一些孔的比表面积被充分利用,当其含量进一步增大时,其容量又进一步减小,因石墨烯团聚使其可利用的有效比表面积减小。当PF:GO=8.5:0.15时,OMC/G-K表现出最好的电化学性能,即在1 A/g电流密度下,其容量高达276.8 F/g,而OMC为193.6 F/g。且经过5000次循环后,其电容保留率基本为100%。KOH活化后的OMC和OMC/G的比表面积、微孔体积和中孔体积分别增加222%、197%、204%和363%、330%、299%相比于OMC和OMC/G。此外由于石墨烯嵌入OMC基体中,OMC/G-K复合材料的比表面积(~2109.2 m~2g~(-1))和孔体积(1.24 m~3g~(-1))远远大于OMC-K的比表面积(1474.6 m~2g~(-1))和孔体积(0.84 m~3g~(-1))。(2)以OMC/G-K为电极材料,测试其在酸性、碱性和不同盐电解液中(中性)的电化学性能。结果表明,在酸性和碱性电解质中,OMC/G-K的比电容为250 Fg~(-1)略高于中性电解质(200~250 Fg~(-1)),是由于离子电导率高,离子水合半径小,H~+和OH~-相比于Na~+,K~+有快的迁移率。在低电流密度下,分级有序介孔碳/石墨烯复合材料在水电解质中的比电容主要由电解液的导电性决定。而在高电流密度下,小的水合离子半径和大的迁移率可以提供快速的离子运输,离子进而容易吸附/解吸,从而导致更大的比电容。但因中性电解质的操作电压(1.7 V)比酸性和碱性电解质(0.9 V)中的大,OMC/G-K在中性电解质中的功率密度和能量密度远高于酸性和碱性电解质的。而对于2小时后的漏电流,OMC/G-K在酸性电解液中的大于碱性和中性电解质的漏电流。OMC/G-K在0.5 M K_2SO_4电解质中达到最高能量密度为27.23 Wh kg~(-1)时,其相应的功率密度为425 W kg~(-1)。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TM53;TB33

【参考文献】
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