石墨烯及石墨烯-碳納米管的制備與儲(chǔ)能應(yīng)用.pdf

1、雙電層超級(jí)電容器(ESC)，具有大功率的能量與功率密度、快速的充電能力、持久的使用壽命與周期穩(wěn)定性等，是一種備受關(guān)注的新型儲(chǔ)能裝置，而電極材料的選擇對(duì)于評(píng)價(jià)ESC是至關(guān)重要的。石墨烯(RGO)是只有一個(gè)碳原子厚的獨(dú)特二維材料，具有優(yōu)異的導(dǎo)電性、比表面積以及很好的環(huán)境穩(wěn)定性等特點(diǎn)，因此是一種非常適合ESC的電極材料。在RGO常見(jiàn)的制備方法中，化學(xué)氧化還原法無(wú)疑是應(yīng)用最普遍的方法之一。目前采用較多的還原劑如水合肼、二甲肼等大多具有很大毒性，

2、因此有必要采取新型還原方法來(lái)制備RGO材料。RGO雖然展現(xiàn)出良好的電容性能，但是非常容易團(tuán)聚，不能完全滿足人們對(duì)于理想的電極材料的需求;所以如何防止制備過(guò)程中的堆疊成為了其應(yīng)用的關(guān)鍵性因素。碳納米管(CNT)是一維的無(wú)縫管狀材料，具有很大的長(zhǎng)徑比，超強(qiáng)的導(dǎo)電性，也讓其成為電極材料的制備熱點(diǎn)，但是由于它不易分散，而且體系的內(nèi)阻較大等，同樣限制了其在電極材料中的應(yīng)用。所以，為解決這兩種材料的不足，我們利用兩種材料之間的協(xié)同作用對(duì)其復(fù)合，可以

3、形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，同時(shí)提高材料的導(dǎo)電性與比表面積等，從而制備出電化學(xué)性能優(yōu)異的ESC電極材料。
　　本文主要研究了以RGO為基礎(chǔ)的材料制備以及其在ESC電極中的應(yīng)用。通過(guò)采用紅外吸收光譜、X-射線衍射、紫外可見(jiàn)吸收光譜、掃描電子顯微鏡、高分辨透射電子顯微鏡、氮?dú)馕摳椒治鰞x等手段對(duì)材料的結(jié)構(gòu)、成分與微觀形貌進(jìn)行表征;采用四探針測(cè)試儀、恒電位/恒電流儀、電池測(cè)試儀、電化學(xué)工作站對(duì)材料的電學(xué)以及電化學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試。主要研究?jī)?nèi)容如下:<

4、br>　　1.采用改進(jìn)的Hummers方法制備出氧化石墨烯(GO)溶液，隨后采用環(huán)境友好材料抗壞血酸(LAA)、密閉水熱法、以及硼氫化鈉(NaBH4)三種不同的還原手段制備出RGO，對(duì)三種材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)與形貌分析，并組裝成ESC電極材料測(cè)試各自的電化學(xué)性能。實(shí)驗(yàn)表明:經(jīng)LAA制備的RGO-1，密閉水熱制備的RGO-2比電容分別達(dá)118.71F/g、114.56F/g，高于NaBH4制備的RGO-3的101.87 F/g。
　　2.通

5、過(guò)控制GO與水的質(zhì)劑比，采用冷凍干燥與高溫氫氣方式處理，從而得到無(wú)粘結(jié)的高品質(zhì)石墨烯氣凝膠(GA)電極材料。經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)和電化學(xué)測(cè)試表明:GA基本無(wú)含氧官能團(tuán)與微孔、片層少且面積大，且比電容更高達(dá)131.32F/g。
　　3.將GO溶液與羧酸化CNT混合，利用兩者之間的協(xié)同作用使其混合均勻，然后采用密閉水熱方法一步制備出RGO-CNT宏觀體復(fù)合材料。經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)和電化學(xué)測(cè)試表明:RGO-CNT復(fù)合材料電阻較小、循環(huán)壽命較好，且比電容達(dá)15