基于石墨烯基炭氣凝膠的鋰離子電容器研究.pdf

1、作為一種新型的高性能儲能裝置，鋰離子電容器(LIC)由于展現(xiàn)出了比超級電容器更高的能量密度和比鋰離子電池更高的功率密度，兼具了二者的雙重優(yōu)點，因此近年來受到了研究者的廣泛關(guān)注。眾所周知，儲能器件的性能主要取決于電極材料，因此開發(fā)新的電極材料或者是對已有電極材料進行改性，已經(jīng)成為當前的研究熱點。石墨烯基炭氣凝膠由于具有連續(xù)的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、發(fā)達的孔隙率以及優(yōu)異的導(dǎo)電導(dǎo)熱性等特點，所以常常被開發(fā)應(yīng)用于雙電層電容器?；诖?，本課題從LIC多孔炭

2、正極材料入手，期望通過對石墨烯基炭氣凝膠進行改性處理后，得到比表面積高、孔徑結(jié)構(gòu)豐富的電極材料，并將其與制備的納米片狀鈦酸鋰(LTO)分別作為正負極，組裝得到性能優(yōu)異的LIC。主要的研究成果如下:
　　1、通過溶膠-凝膠法合成了石墨烯基炭氣凝膠(GA)，并對其進行了不同比例的KOH活化處理。結(jié)果表明，經(jīng)過KOH活化后，在材料的表面產(chǎn)生了豐富的孔隙結(jié)構(gòu)，其比表面積顯著增大，并且隨著KOH比例的增大，比表面積也逐步增大。當KOH與GA

3、的活化比例為4時，其電化學性能最優(yōu)，半電池比容量相比活化之前提高了將近2.5倍，達到51.8mAh g-1，與LTO分別作為正負極材料組裝成LIC后，測得其最大能量密度能達到55.8Wh kg-1。
　　2、利用三聚氰胺和GA復(fù)合制備出氮摻雜石墨烯基復(fù)合炭氣凝膠(NGA)，并對其進行KOH活化處理。實驗結(jié)果表明，經(jīng)過一定比例的氮摻雜之后再進行KOH活化，可以顯著的改善其孔隙結(jié)構(gòu)，增大中孔所占的比表面積。同時，與a-GA-4半電池測

4、試結(jié)果對比可知，在進行氮摻雜之后再活化，其半電池比容量由51.8mAh g-1增大到76mAh g-1，與LTO匹配組裝成的LIC最大能量密度能達到70.2Whkg-1。這些結(jié)果表明大量的小中孔有利于電解液在材料內(nèi)部的擴散，使得材料當中的微孔被充分利用，從而形成了更多的雙電層，比容量隨之增大，因此得到了性能更優(yōu)的LIC。
　　3、通過CO2活化法對GA內(nèi)部結(jié)構(gòu)和表面形貌進行了改性處理，研究了CO2的不同通氣速率對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電化學