热膨胀法制备石墨烯及其电容性能的研究

论文摘要

超级电容器是一种新型储能装置,它具有充电速度快、循环寿命长、温度特性好和绿色环保等特点。电极材料的选择对电化学电容器的性能至关重要。目前对超级电容器的研究主要集中在高性能电极材料的制备上。以石墨烯和石墨烯基复合材料作为超级电容器的电极材料研究了其电化学性能。并针对材料的不同制备工艺研究了其对电容器电化学性能的影响。通过XRD,SEM,TEM,XPS研究了石墨烯及其复合材料的微观形貌,结构特性。通过改变氧化剂用量以及反应时间的方法对Hummers方法进行改性研究。在浓硫酸用量为57.5ml、高锰酸钾为10g、高温反应15min时得到的氧化石墨制备出的石墨烯的比容量最高,在1mA·cm-2的电流密度下电容量可达342F.g1。Ni（OH）2是一种常用的超级电容器的电极材料,其可以提供很高的比电容。但是由于单纯的Ni（OH）2材料导电性差、比表面比小等缺点不适合用作超级电容器材料。通过与碳材料的复合可以有效改善以上缺点,本文利用氧化石墨烯与Ni（AC）2为原料制备了Ni（OH）2/石墨烯复合材料。该材料表现出良好的赝电容性能,在10mA·cm-2的电流密度下充分活化以后其容量可达680F.g-1经过100次循环以后容量变为663F.g-1衰减量仅为2.5%具有高度的循环可逆性。将碳材料用作有机相中的电容器电极材料,可以使得电容器能够在更宽的电压范围内充放电,提供更高的能量密度。本文通过组装扣电池对石墨烯在有机溶剂中的应用展开研究,测试结果表明石墨烯在1mol·L-1的LiPF6（DMC+EC）中,0.01-3.5V电压范围内,在100mA.g-1的电流密度下首次放电比容量为1228F.g-1,充电比容量为920F.g-1,在经过30次循环充放电以后放电容量仍可达920F.g-1,充电容量可达917F.g-1,表现出良好的循环性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 概述
• 1.1 超级电容器
• 1.1.1 超级电容器的组成及工作原理
• 1.1.2 超级电容器的特点
• 1.1.3 超级电容器常用材料
• 1.2 石墨烯
• 1.2.1 石墨烯在超级电容器中的应用
• 1.2.2 石墨烯在有机体系中的应用
• 1.3 主要工作
• 第二章 实验方法
• 2.1 实验试剂和实验仪器
• 2.2 研究电极的制备
• 2.3 分析方法
• 2.3.1 循环伏安测试
• 2.3.2 恒流充放电测试
• 2.3.3 交流阻抗测试
• 2.3.4 傅里叶变换红外光谱法
• 2.3.5 X射线光电子能谱法
• 2.3.6 拉曼光谱法
• 2.3.7 场发射扫描电子显微镜
• 2.3.8 原子力显微镜
• 2.3.9 场发射透射电子显微镜
• 第三章 石墨烯及其复合材料在水相中电容性能的研究
• 3.1 膨胀法制备石墨烯的性能研究
• 3.1.1 结果与讨论
• 3.2 对Hummers法进行改进
• 3.2.1 结果与讨论
• 3.2.1.1 TEM分析
• 3.2.1.2 AFM分析
• 3.2.1.3 XPS分析
• 3.2.1.4 红外分析
• 3.2.1.5 拉曼分析
• 3.2.1.6 XRD分析
• 3.2.1.7 循环伏安分析
• 3.2.1.8 恒流充放电分析
• 2/石墨烯复合材料的制备及电化学性能研究'>3.3 Ni（OH）₂/石墨烯复合材料的制备及电化学性能研究
• 3.3.1 实验方法
• 3.3.2 结果与讨论
• 3.3.2.1 XRD分析
• 3.3.2.2 SEM分析
• 3.3.2.3 循环伏安分析
• 3.3.2.4 恒流充放电分析
• 3.3.2.5 交流阻抗分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 石墨烯在有机相中电容性能的研究
• 4.1 结果与讨论
• 4.1.1 恒流充放电测试
• 4.1.2 循环寿命测试
• 4.1.3 循环伏安测试
• 4.1.4 交流阻抗测试
• 4.2 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢