仿生石墨烯基復(fù)合材料的合成及其電性能研究.pdf

1、隨著核能危機(jī)、核污染的不斷擴(kuò)散，清潔核聚變能源又面臨技術(shù)難題短期內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)突破，以及石油、天然氣等自然不可再生資源的開采殆盡，尋求新型能源的開發(fā)已迫在眉睫，人們也開始思考如何開發(fā)新的動(dòng)力電源技術(shù)，儲(chǔ)能技術(shù)以在實(shí)際應(yīng)用中，如鋰電池、超級(jí)電容器等。在目前的眾多研究領(lǐng)域中，具有功率密度高、循環(huán)使用壽命長(zhǎng)、成本低、環(huán)境友好等優(yōu)勢(shì)的超級(jí)電容器，已然成為了目前最有前途、最吸引人眼球的高效儲(chǔ)能裝置。超級(jí)電容器依據(jù)其特殊的儲(chǔ)能原理，主要分為兩種:(1)

2、雙電層電容(EDLC);(2)贗電容。
　　為了使得制備的超級(jí)電容器電極材料具有高比電容和良好的循環(huán)壽命等特性，同時(shí)為達(dá)到所制備的材料成本低廉且環(huán)境友好，利用植物纖維大分子制備出了石墨化較好的三維多孔石墨烯。石墨烯作為當(dāng)今最有前景的碳材料，當(dāng)其缺陷區(qū)域極小時(shí)，擁有高電導(dǎo)率，較大的比表面積，優(yōu)越的機(jī)械性能。但是，單純的石墨烯產(chǎn)生的雙電層電容并不能滿足現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的大量的能量，不能作為最好的能量?jī)?chǔ)存裝置。為了有效的解決這一問題，本課題選擇

3、了將贗電容器電極材料，如某些金屬氧化物(NiO、Co3O4等)，作為第二相引入并負(fù)載到雙電層電容，如石墨烯表面，通過其優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)協(xié)同作用，從而有效的充分發(fā)揮石墨烯雙電層電容的循環(huán)穩(wěn)定性和贗電容電極材料的高能量密度，使獲取的復(fù)合材料具有優(yōu)異的電化學(xué)性能，也避免了導(dǎo)電性、穩(wěn)定性差這一缺點(diǎn)。
　　本論文實(shí)驗(yàn)主要分為三大部分，第一部分鈷-鈰@中空石墨烯復(fù)合材料的制備及其電化學(xué)性質(zhì)的研究，以油菜花莖稈為炭源，采用高溫煅燒法制備了石墨烯材料（用

4、G表示），并使用水熱法制備了以Co3O4、CeO2為負(fù)載物的復(fù)合材料，同樣，實(shí)驗(yàn)第二、三部分，分別使用NiO、CeO2和NiO、Co3O4為負(fù)載物，以期獲得比電容高、循環(huán)壽命好的石墨烯金屬基復(fù)合材料。結(jié)果表明:以鈷-鈰為負(fù)載物最高比表面積達(dá)到364m2/g，粒徑尺寸大約在20nm左右，電化學(xué)測(cè)試結(jié)果顯示:當(dāng)電解液Na2SO4溶液濃度為1mol/L時(shí)，1A/g的電流密度，材料納米粒子負(fù)載量為80％時(shí)，得到的復(fù)合物擁有最高比電容，達(dá)220F

5、/g，經(jīng)過1000次循環(huán)充放電測(cè)試仍有較高的電化學(xué)性能，比電容始終保持在90％。以鎳-鈰為負(fù)載物最高比表面積達(dá)到262m2/g，粒徑尺寸大約在40nm左右，電化學(xué)測(cè)試結(jié)果顯示:當(dāng)電解液Na2SO4溶液濃度為1mol/L時(shí)，1A/g的電流密度，材料納米粒子負(fù)載量為80％時(shí)，達(dá)180F/g，經(jīng)過1000次循環(huán)充放電測(cè)試具有稍低的電化學(xué)性能，比電容始終保持在78％。而以鎳-鈷為負(fù)載物最高比表面積達(dá)到312m2/g，粒徑尺寸大約在10nm左右，

6、電化學(xué)測(cè)試結(jié)果顯示:當(dāng)電解液Na2SO4溶液濃度為1mol/L時(shí)，0.5A/g的電流密度，材料納米粒子負(fù)載量為80％時(shí)，達(dá)320F/g，經(jīng)過1000次循環(huán)充放電測(cè)試后仍表現(xiàn)出較高的電化學(xué)性能，比電容始終保持在92％左右。
　　結(jié)果表明，采用油菜花莖稈為生物模扳成功制備了石墨烯材料，并且采用雙負(fù)載的電極材料能遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于單一負(fù)載0的電極材料。可以推斷，對(duì)金屬氧化物負(fù)載的比例和種類這兩方面的調(diào)整，仍有很大的進(jìn)步，從以后的研究中可以尋找更好