石墨烯及石墨烯-碳納米管的制備與儲能應用.pdf

1、雙電層超級電容器(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，是一種備受關注的新型儲能裝置，而電極材料的選擇對于評價ESC是至關重要的。石墨烯(RGO)是只有一個碳原子厚的獨特二維材料，具有優(yōu)異的導電性、比表面積以及很好的環(huán)境穩(wěn)定性等特點，因此是一種非常適合ESC的電極材料。在RGO常見的制備方法中，化學氧化還原法無疑是應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，但是非常容易團聚，不能完全滿足人們對于理想的電極材料的需求;所以如何防止制備過程中的堆疊成為了其應用的關鍵性因素。碳納米管(CNT)是一維的無縫管狀材料，具有很大的長徑比，超強的導電性，也讓其成為電極材料的制備熱點，但是由于它不易分散，而且體系的內阻較大等，同樣限制了其在電極材料中的應用。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)同作用對其復合，可以

3、形成交聯(lián)網絡結構，同時提高材料的導電性與比表面積等，從而制備出電化學性能優(yōu)異的ESC電極材料。
　　本文主要研究了以RGO為基礎的材料制備以及其在ESC電極中的應用。通過采用紅外吸收光譜、X-射線衍射、紫外可見吸收光譜、掃描電子顯微鏡、高分辨透射電子顯微鏡、氮氣吸脫附分析儀等手段對材料的結構、成分與微觀形貌進行表征;采用四探針測試儀、恒電位/恒電流儀、電池測試儀、電化學工作站對材料的電學以及電化學性能進行測試。主要研究內容如下:<

4、br>　　1.采用改進的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，對三種材料進行結構與形貌分析，并組裝成ESC電極材料測試各自的電化學性能。實驗表明:經LAA制備的RGO-1，密閉水熱制備的RGO-2比電容分別達118.71F/g、114.56F/g，高于NaBH4制備的RGO-3的101.87 F/g。
　　2.通

5、過控制GO與水的質劑比，采用冷凍干燥與高溫氫氣方式處理，從而得到無粘結的高品質石墨烯氣凝膠(GA)電極材料。經過結構和電化學測試表明:GA基本無含氧官能團與微孔、片層少且面積大，且比電容更高達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宏觀體復合材料。經過結構和電化學測試表明:RGO-CNT復合材料電阻較小、循環(huán)壽命較好，且比電容達15