氮掺杂石墨烯/氢氧化镍复合电极材料的制备及其超级电容性能研究
超级电容器由于其出色的功率密度近几年受到了广泛关注，石墨烯材料是超级电容器理想的电极材料，然而其制备和使用过程中容易团聚堆积，导致其性能下降，氢氧化镍作为超级电容器电极材料虽然有高的理论比电容，但是其也因为片层之间的紧密堆积和充放电过程中的体积膨胀导致电化学性能下降。本文通过氮掺杂石墨烯的制备通过调节石墨烯的电子结构来优化石墨烯的片层结构，然后通过共沉淀法制备氮掺杂石墨烯/氢氧化镍复合材料。 1、采用乙二胺作为掺氮剂，在180℃12h水热条件下制备氮掺杂石墨烯，XPS分析表明掺氮量达到了10.4％。研究了不同比例的氮掺杂石墨烯/氢氧化镍复合材料的结构和电化学性能，探讨了不同氮掺杂石墨烯/氢氧化镍结构与性能的关系，发现了在加入50mg氮掺杂石墨烯的氮掺杂石墨烯/氢氧化镍复合材料中氮元素含量为1.51％，比电容达到1334.0F·g-1(0.5A·g-1)，固有电阻只有0.54Ω，导电性得到了增强，电化学性能提高; 2、以乙二胺为掺氮剂，在80℃，24h的水浴中制备氮掺杂石墨烯，掺氮量达到了3.15％。研究了不同比例的氮掺杂石墨烯/氢氧化镍复合材料的微观结构和化学状态，并对其电化学性能作了深入研究，探讨了不同比例氮掺杂石墨烯/氢氧化镍的性能变化，在加入50mg氮掺杂石墨烯的复合材料中氮元素含量为1.08％，比电容达到1661.3F·g-1(0.5A·g-1)，10A·g-1电流密度下，循环2000次后比电容从1160.0F·g-1下降到814.3F·g-1，保留了初值比电容的70.2％。同时其固有电阻只有0.8794Ω，导电性得到极大提高进而影响了其电化学性能; 3、以尿素为掺氮剂，通过160℃，水热反应3h进行不同比例尿素氮掺杂石墨烯的制备，XPS分析表明尿素氮掺杂石墨烯的掺氮量在3.95％-5.88％范围内。并研究了氮掺杂石墨烯/氢氧化镍复合材料的电化学性能，发现1∶40的氮掺杂石墨烯/氢氧化镍复合材料的比电容可以达到1137.5F·g-1(0.5A·g-1)。
电容器;电极材料;石墨烯;氮掺杂;氢氧化镍;沉淀法;电化学性能
北京化工大学
硕士
材料工程
赵东林;董明
2016
中文
TM53;TM242:TM205.1
101
2017-01-03（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）