低溫化學(xué)解理石墨烯的改性及電化學(xué)性質(zhì)研究.pdf

1、)‘；I∥’J低溫化學(xué)解理石墨烯的改性及電化學(xué)性質(zhì)研究ModificationandElectrochemicalPropertiesofLowTemperatureExfoliatedGraphene學(xué)科專業(yè)：應(yīng)用化學(xué)研究生：游從輝指導(dǎo)教師：楊全紅教授天津大學(xué)化工學(xué)院二零一零年六月中文摘要石墨烯是一種具有柔性二維平面結(jié)構(gòu)的新型碳質(zhì)材料，具有比表面積巨大、導(dǎo)電性能優(yōu)良等突出優(yōu)點(diǎn)，在太陽(yáng)能電池、超級(jí)電容器和鋰離子電池等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前

2、景。本文首先采用氣液界面自組裝成膜法制備得到了透明度可控調(diào)節(jié)的氧化石墨烯薄膜；然后研究了基于低溫化學(xué)解理石墨烯的超級(jí)電容器、鋰離子電池導(dǎo)電劑以及鋰離子電池負(fù)極的電化學(xué)特性。結(jié)果表明，石墨烯在電化學(xué)儲(chǔ)能應(yīng)用方面具有巨大潛力。采用氣液界面成膜法制備得到了透明度可調(diào)節(jié)的氧化石墨烯薄膜。研究發(fā)現(xiàn)，隨著氧化石墨烯溶膠pH值(213之間)的增加，其透明度不斷降低，相應(yīng)制備得到的氧化石墨烯薄膜的透光度也逐漸降低：當(dāng)氧化石墨烯水溶膠的pH為20時(shí)，所制

3、備的氧化石墨烯薄膜在全波段均具有較高的透明度，但當(dāng)水溶膠的pH為110時(shí)，薄膜在全波段的透明度均較低。石墨烯在不同溫度下熱處理改性后電化學(xué)性質(zhì)將發(fā)生明顯變化。對(duì)于水系石墨烯基超級(jí)電容器，隨著熱處理溫度的提高，其放電比容量呈降低的趨勢(shì)：在50mA／g的電流密度下充放電時(shí)，基于原始石墨烯的超級(jí)電容器比容量能達(dá)到250F／g，但900“C熱處理后的石墨烯(GN(900))超級(jí)電容器的比容量?jī)H為25F儋；特別的，300℃熱處理后的石墨烯(GN(

4、300))超級(jí)電容器具有最大的放電比容量，達(dá)到302F／g。對(duì)于有機(jī)系石墨烯基超級(jí)電容器，隨著熱處理溫度的提高，其放電比容量不斷減少。石墨烯鋰離子電池導(dǎo)電添加劑具有良好的導(dǎo)電性能。正極材料中添加較低含量(20wt％)時(shí)，表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，通過對(duì)石墨烯進(jìn)行熱處理后，其性能還可以進(jìn)一步提高。與添加最佳量的傳統(tǒng)鋰離子電池導(dǎo)電劑(200wt％的SupperPY的導(dǎo)電性能相比，添加20wt％500℃熱處理后的石墨烯(GN(500))導(dǎo)電劑的鋰離子

5、電池不僅具有更佳的電化學(xué)性能，而且用量也大大的降低，從而有效的降低了成本，提高了電池的體積能量密度。石墨烯做為鋰離子電池負(fù)極時(shí)具有大的比容量。單純的石墨烯作為鋰離子電池負(fù)極時(shí)，雖然比容量巨大(GN(300)的首次充電比容量能達(dá)到905mAh／g)，但沒有充放電平臺(tái)。ON(300)AI復(fù)合鋰離子電池負(fù)極材料具有巨大的比容量(首次充電比容量能達(dá)到11346mAh／g)，充放電平臺(tái)平穩(wěn)且平臺(tái)電位較低(042V)、循環(huán)性能較好(循環(huán)十周后其充電