三維多孔石墨烯網(wǎng)絡(luò)基復(fù)合材料的制備及其儲(chǔ)能性能研究.pdf

1、超級(jí)電容器、鋰離子電池作為儲(chǔ)能元件，在智能化的現(xiàn)代社會(huì)被廣泛應(yīng)用。其中電極材料的性能直接影響器件的能量?jī)?chǔ)存能力。為獲得具有高能量密度、大功率密度、低成本的儲(chǔ)能元件，必須發(fā)展高性能、低成本的電極材料。
　　碳材料由于其靈活多變的結(jié)構(gòu)、優(yōu)異的機(jī)械性能以及可觀的功能性等特點(diǎn)，被應(yīng)用于超級(jí)電容器或鋰離子電池電極材料時(shí)，可通過多種途徑獲得優(yōu)異的性能。石墨烯作為一種二維的碳材料，具有比表面積大、導(dǎo)電性好、機(jī)械性能優(yōu)等特點(diǎn)，在儲(chǔ)能領(lǐng)域具有廣泛的

2、應(yīng)用前景。然而目前已有制備方法過程復(fù)雜、成本較高、產(chǎn)率較低、或所得石墨烯質(zhì)量較差、缺陷較多等問題限制了其發(fā)展。探索利用廉價(jià)易得的原材料，通過簡(jiǎn)單易行的制備方法，對(duì)石墨烯的特點(diǎn)揚(yáng)長(zhǎng)避短，是其大規(guī)模應(yīng)用于電極材料的關(guān)鍵。
　　本文以氯化鈉為模板，采用化學(xué)氣相沉積法制得具有三維多級(jí)孔結(jié)構(gòu)的石墨烯網(wǎng)絡(luò)，并將其作為基體，通過負(fù)載錫基合金或氧化物，原位催化生長(zhǎng)碳納米管，然后對(duì)所得三維石墨烯網(wǎng)絡(luò)和三維石墨烯網(wǎng)絡(luò)/錫/碳管復(fù)合材料的儲(chǔ)能性能和機(jī)理

3、進(jìn)行了探討。
　　以氯化鈉為模板、葡萄糖為碳源、硝酸鐵為催化劑、氫氧化鉀為活化劑，通過一步熱解法，制得具有三維多孔結(jié)構(gòu)的石墨烯網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)研究了氯化鈉含量等參數(shù)對(duì)三維多孔石墨烯網(wǎng)絡(luò)形貌與結(jié)構(gòu)的影響，并將其應(yīng)用于超級(jí)電容器電極材料。研究表明，氯化鈉模板對(duì)三維多孔石墨烯網(wǎng)絡(luò)的孔結(jié)構(gòu)、比表面積和結(jié)晶度等均有顯著影響：當(dāng)氯化鈉含量增多時(shí)，介孔在總體孔結(jié)構(gòu)中的占比增加，微孔占比相應(yīng)下降，導(dǎo)致比表面積下降，同時(shí)結(jié)晶度有所提高；但當(dāng)氯化鈉含量增加

4、到一定程度時(shí)，出現(xiàn)相反的變化趨勢(shì)。電化學(xué)性能測(cè)試表明，在1A g-1的電流密度下，材料的比容量高達(dá)208F g-1，當(dāng)電流密度增加到50A g-1時(shí)，其比容量仍達(dá)167.6F g-1；在進(jìn)行循環(huán)充放電5000圈后，容量保持率達(dá)83.7％。
　　通過在前驅(qū)體中添加錫、鈷等金屬源，在三維多孔石墨烯網(wǎng)絡(luò)表面負(fù)載納米金屬/合金顆粒，利用其催化性能催化碳納米管的生長(zhǎng)，制備了三維多孔石墨烯網(wǎng)絡(luò)/錫鈷合金/碳納米管復(fù)合材料，并將其應(yīng)用于鋰電負(fù)極

5、材料。探討了合成溫度和時(shí)間等參數(shù)對(duì)碳管形貌與結(jié)構(gòu)的影響，考察了復(fù)合材料的儲(chǔ)鋰性能與機(jī)制。結(jié)果表明：鈷的添加可有效提升錫的催化效率，有利于制備出結(jié)構(gòu)優(yōu)良的碳納米管，且錫鈷合金顆粒被碳管完全包覆。當(dāng)用于鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)，在0.2A g-1的電流密度下充放電，容量可達(dá)642mAh g-1。在0.2、0.5、1、2、5和10C的不同電流密度下，可逆容量分別為535、466、407、368、245和194mAh g-1，具有良好的倍率性能。其