氮摻雜石墨烯水凝膠材料在水系超級電容器的性能研究.pdf

1、石墨烯水凝膠材料具有三維結(jié)構(gòu)、擁有較高的比表面積和較低的密度，具有良好的導(dǎo)電性、熱穩(wěn)定性，同時(shí)富含孔隙結(jié)構(gòu)，將其應(yīng)用在超級電容器領(lǐng)域具有非常重要的意義。近年來，研究發(fā)現(xiàn)氮摻雜方法是一種提高石墨烯自身的導(dǎo)電性能的重要手段。將氮摻雜過程引入至制備石墨烯水凝膠的過程中，有望制備出電化學(xué)性能相對更佳的氮摻雜石墨烯水凝膠，進(jìn)而以制成性能更好的超級電容器。本文所使用的是一種新型低溫氮摻雜方法，制備條件相對更加簡單、安全。因此，本文的研究內(nèi)容為以下幾

2、個(gè)方面:
　　(1)利用兩種不同的還原劑（分別為堿性還原劑硫化鈉和酸性還原劑抗壞血酸）制備石墨烯水凝膠，將兩種石墨烯水凝膠制備成紐扣式超級電容器并進(jìn)行電化學(xué)性能測試，對比其電化學(xué)性能。通過研究證明了在相同制備工藝下，以硫化鈉為還原劑制備得到的石墨烯水凝膠的比電容和循環(huán)性能相對較高，從而得出結(jié)論:堿性還原劑更適于制備石墨烯水凝膠。
　　(2)將硫化鈉制備的石墨烯水凝膠制備成紐扣式超級電容器，研究了在三種不同電解液(KOH、H2

3、SO4、 Na2SO4)中的電化學(xué)性能，并加以比較。通過研究可以發(fā)現(xiàn)，硫化鈉制備的石墨烯水凝膠所制備超級電容器在KOH電解液中的比電容最大，循環(huán)性能最好，同時(shí)具有較強(qiáng)的導(dǎo)電性。
　　(3)利用一種新型氮摻雜方法，制備氮摻雜石墨烯水凝膠，對其進(jìn)行電化學(xué)性能測試，并與單純石墨烯水凝膠進(jìn)行比較。測試結(jié)果充分證明了氮摻雜石墨烯水凝膠較單純石墨烯水凝膠具有更高比電容，更強(qiáng)的循環(huán)性能和更大的使用電流。
　　(4)在摻雜過程中，取氧化石墨

4、烯與氮源比例分別為8∶1、6∶1、4∶1和2∶1制備氮摻雜石墨烯水凝膠，分別進(jìn)行電化學(xué)性能測試，以探究最佳的摻雜比例。研究結(jié)果表明:氨水與氧化石墨烯的質(zhì)量比1∶4時(shí)，所制備氮摻雜石墨烯水凝膠比電容最高，比容性能最強(qiáng)。
　　(5)在摻雜過程中，取還原時(shí)間分別為5小時(shí)、10小時(shí)、15小時(shí)制備氮摻雜石墨烯水凝膠，分別進(jìn)行電化學(xué)性能測試，以探究最佳的摻雜時(shí)間。研究結(jié)果表明:摻雜時(shí)間為10小時(shí)時(shí)，所制備氮摻雜石墨烯水凝具有最佳的比電容和比容