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《石墨烯基超級電容器電極材料的制備及性能研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在學術論文-天天文庫。
1、工學博士學位論文石墨烯基超級電容器電極材料的制備及性能研究RESEARCHONPREPARATIONANDPERFORMANCEOFGRAPHENEBASEDELECTRODEMATERIALSFORSUPERCAPACITORS劉云夫哈爾濱工業(yè)大學2015年4月國內(nèi)圖書分類號：TM912.9學校代碼：10213國際圖書分類號：541.136密級：公開工學博士學位論文石墨烯基超級電容器電極材料的制備及性能研究博士研究生：劉云夫?qū)煟航兹A教授副導師：袁國輝教授申請學位：工學博士學科：化學工程與技術所在單位：
2、化工學院答辯日期：2015年4月授予學位單位：哈爾濱工業(yè)大學ClassifiedIndex:TM912.9U.D.C:541.136DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringRESEARCHONPREPARATIONANDPERFORMANCEOFGRAPHENEBASEDELECTRODEMATERIALSFORSUPERCAPACITORSCandidate：LiuYunfuSupervisor：Prof.JiangZhaohuaAssistantSupe
3、rvisor:Prof.YuanGuohuiAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：ChemicalEngineeringandTechnologyAffiliation：SchoolofChemicalEngineeringandTechnologyDateofDefence：April,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要現(xiàn)應用于混合電動車、
4、電動車、便攜式電子設備和后備電源的超級電容器，是可以高效地進行電化學能量轉(zhuǎn)換與存儲的技術，超級電容器的性能主要取決于其電極材料。石墨烯作為二維碳材料，具有較大的理論表面積和較快的導電能力。既可以作為理想的電極材料應用于雙電層電容器，也可以作為基體材料與金屬氧化物或氫氧化物復合制備成能提供準電容的電極材料。本文針對此進行了如下研究：利用改進的Hummers法將鱗片石墨氧化生成氧化石墨，然后采用乙醇作為溶劑，通過溶劑熱方法將氧化石墨還原為石墨烯層，并研究反應時間和溫度變化對所制石墨烯層結(jié)構(gòu)及電化學性能的影響。延
5、長反應時間和提高溫度，有利于氧化石墨脫去更多的含氧基團，恢復共軛π鍵結(jié)構(gòu)以及石墨烯層上的電子通路，提高石墨烯層電子導電能力，進而增加其比電容值。在溫度493K下反應10h制備的石墨烯層是透明、有褶皺和折疊的2~6層混雜的石墨烯。當電流密度為0.1A/g時，在6mol/LKOH溶液中的比電容值是186F/g。在電流密度0.1、0.4、0.8和1.2A/g下依次各恒流充放電循環(huán)50次后，比電容保持率達到78%；而電極在大電流密度1.2A/g下循環(huán)2000次后，比電容值僅衰減了2.5%。在電流密度1.2A/g下循
6、環(huán)第1次和第2000次后，石墨烯層仍具有較小的內(nèi)阻和電荷傳遞電阻，說明石墨烯層具有優(yōu)良的電化學性能，適合作為雙電層電容器的電極材料。采用化學方法在石墨烯層上沉積納米級氫氧化鎳，制備出氫氧化鎳-石墨烯層二元復合物。一方面，利用氫氧化鎳在堿性電解液中發(fā)生的氧化還原反應，提供更多電容容量；另一方面，利用石墨烯與氫氧化鎳復合，克服氫氧化鎳本身較低的電導率和大電流密度下循環(huán)穩(wěn)定性較差的缺點。二元復合物在6mol/LKOH溶液中，當電流密度為0.2A/g時的比電容值為959F/g，并且在電流密度0.2、0.4、0.6、
7、0.8、1.0和1.2A/g下，依次各恒流充放電循環(huán)20次后，比電容保持率為68.45%。針對經(jīng)過長時間溶劑熱反應制備的石墨烯層，在乙醇溶劑中易發(fā)生重新團聚的問題。首先采用超聲作用將氧化石墨和經(jīng)過混酸預處理過的碳納米管在乙醇溶劑中均勻地分散；然后在溫度473K下，通過溶劑熱反應10h合成石墨烯層-碳納米管二元復合物。加入15mass%的碳納米管阻礙了石墨烯層的團聚，2使上述二元復合物的BET表面積（109.07m/g）高于在相同反應條件下所制純2石墨烯層的BET表面積（32.06m/g）。-Ⅰ-哈爾濱工業(yè)大
8、學工學博士學位論文為了進一步提高電極材料的電容容量，通過溶液沉淀法在石墨烯層-碳納米管二元復合物原位上生成納米尺寸的氫氧化鎳，形成了氫氧化鎳-石墨烯層-碳納米管三元復合物。這種結(jié)構(gòu)一方面使嵌入石墨烯層-碳納米管導電網(wǎng)絡中的氫氧化鎳有充分的電子導電接觸；另一方面，利用石墨烯層-碳納米管網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)緩沖氫氧化鎳在大電流密度下的體積膨脹，避免氫氧化鎳從集流體上脫落。三元復合物在電流密度0.2A/g下，在6mol/LKOH溶
