基于石墨烯及其复合材料超级电容器的研究
当前，化石能源短缺和全球变暖导致的能源和环境问题日益凸显，大力发展清洁和可再生能源成了不可逆转的趋势。超级电容器作为一种介于传统电容器和锂离子电池之间的新型储能体系，能够提供大功率输出、具有超长的使用寿命和稳定性，应用前景广阔。石墨烯是由一个碳原子以sp2杂化轨道组成的六角型呈蜂巢晶格状的单原子层，独特的二维共轭结构赋予其优异的导电性、力学性能、电化学稳定性以及巨大的理论比表面积，是理想的超级电容器电极材料。本文用改性的Hummers方法得到石墨烯的前驱体氧化石墨烯（GO），再利用水热法制备三维多孔石墨烯薄膜（rGO Films），同时采用涂膜的方法制备了石墨烯/聚（3，4乙撑二氧噻吩）(PEDOT)复合薄膜，并对其化学组成、形貌以及电化学性能进行了表征。本文的研究内容和结果如下： （1）向GO溶液加入少量HCl溶液（1:3的HCl溶液）形成GO凝胶，在机械振动作用下均匀分散，自然晾干得到GO薄膜。将得到的GO薄膜置于水热釜，180℃水热还原24 h后，在一定的机械压力作用下，得到三维多孔石墨烯薄膜。rGO薄膜在1 A/g充放电速率下具有218 F/g的比容量，且10000次充放电后电容量保持率为92％。水热还原制备的rGO薄膜组装成超级电容器后，表现出了优秀的体积比容量（246 F/cm3）、倍率性能（20 A/g时的容量为初始容量的82.5%）以及循环稳定性（10000次充放电容量仅损失8%）。 （2）将浓度为10.4 mg/mL的GO溶液与浓度为13 mg/mL的PEDOT/PSS分散液共混，待混合均匀后加入少量的质子酸（1:3的HI水溶液）振荡均匀形成凝胶。利用涂膜器将混合物凝胶涂覆在玻璃片上后静置5 h，再用浓硫酸处理除去PSS（聚苯乙烯磺酸），最后用HI还原得到石墨烯/PEDOT复合薄膜。实验结果表明：当GO与PEDOT/PSS的质量比为3：1时，石墨烯/PEDOT复合薄膜表现出了高的比容量和优异的倍率性能。此外， HI还原的时间长短对复合薄膜电化学性能也有比较大的影响。
超级电容器;石墨烯;复合薄膜;电化学性能
北京服装学院
硕士
材料科学与工程
裴广玲
2015
中文
TM53;TB383;TB332
69
2016-06-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）