碳基復合材料的制備及其電化學儲能性能.pdf

1、超級電容器是一種電化學儲能器件,在近幾十年里發(fā)展迅速。它具有綠色環(huán)保、生產(chǎn)工藝簡單、可以快速大電流充放電等優(yōu)點,從而引起了人們極大的興趣與關(guān)注。多孔碳材料是一種典型的雙電層超級電容器儲能材料,它具有原料豐富、價格便宜、比表面積大、孔徑可調(diào)控等優(yōu)點,是目前商業(yè)化程度最高的超級電容器儲能材料之一。然而多孔碳材料如果僅通過單一雙電層儲能,其比電容不高,因此限制了它更為廣泛的應用。為了提高多孔碳材料的電化學儲能性能,本論文嘗試采用多種措施來改善

2、碳材料比電容,主要研究內(nèi)容如下:
　　1、利用氧化石墨烯(GO)的高比表面積和優(yōu)良導電性,研究了還原石墨烯(rGO)改性的碳材料的電化學性能。以三聚氰胺和甲醛為原料首先在GO分散液中水熱聚合,再在氮氣保護下熱解,制備了rGO改性的含氮碳材料C-rGOx(x=0.25,0.05,0;x代表合成時投入的GO的質(zhì)量,單位g,通過SEM、TEM、氮吸附-脫附等手段表征了其形貌和孔結(jié)構(gòu)。研究揭示:在GO高比表面積以及豐富的表面官能團(羰基、

3、羧基、羥基、環(huán)氧基等)的引導下,三聚氰胺和甲醛在GO表面濃縮聚合后形成片狀有機聚合物;該聚合物熱解后形成多孔碳材料,其表面修飾了一層高導電性的rGO,同時擁有高比例的介孔結(jié)構(gòu)。電化學性能測試顯示:這種rGO改性的含氮碳材料C-rGOx導電性得到了很大提高;在6mol·L-1KOH電解質(zhì)中、1A·g-1的電流密度下其比電容達到了202F·g-1。這些表明C-rGO有可能用做高性能的電化學電容器儲能材料。
　　2.化學剝離介孔碳、原位

4、還原高錳酸鉀制備的納米MnO2-C復合物的電化學性能。以間苯二酚和甲醛為原料,在聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯?F127?三嵌段共聚物存在的情況下聚合、氮氣保護下再熱解,制備出了無序介孔碳。研究發(fā)現(xiàn)依次用高錳酸鉀和硫酸處理該介孔碳后,可將其剝離成納米花瓣狀,并且碳表面的KMnO4被碳原位還原成MnO2,從而制得了MnO2與介孔碳的納米MnO2-C復合物。MnO2改性后的納米MnO2-C復合物在2mol·L-1Li2SO4電解質(zhì)中、1A·g