柔性石墨烯薄膜的制備及電化學性能研究
發(fā)布時間：2024-11-03 03:32
基于石墨烯電極材料的超級電容器由于具有使用壽命長、功率密度高、大功率充放電過程中安全性能好等優(yōu)點在近年來受到廣泛的研究。但是相對較低的能量密度限制了其在諸多領(lǐng)域中的應用。因此,在不損失石墨烯電極材料的倍率性能和功率密度的前提下,提升石墨烯基超級電容器的能量密度仍然是儲能領(lǐng)域研究中的熱點和難點。本論文以提升超級電容器能量密度為最終目標,利用具有高倍率性能的石墨烯材料作為電極骨架,通過非共價修飾的方式將具有法拉第贗電容活性的有機分子復合到電極骨架中,從而實現(xiàn)有機分子功能化柔性石墨烯水凝膠薄膜的制備。并對功能化石墨烯水凝膠薄膜在鋅離子混合超級電容器和對稱超級電容器中的電化學性能進行了探究,具體研究內(nèi)容如下:（1）采用低溫綠色的還原手段制備獲得具有魚鱗狀微觀形貌的苝四甲酸二酐分子（PTCDA）功能化石墨烯水凝膠薄膜。由于充放電過程中PTCDA分子烯醇化反應的發(fā)生,電極材料贗電容性能得到顯著增強,以PTCDA/rGO水凝膠薄膜作為陰極的鋅離子混合超級電容器展示出162.8 mAh g-1的放電容量和最高可達120.5Wh kg-1的能量密度。此外在石墨烯...
【文章頁數(shù)】：76 頁
【學位級別】：碩士
【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
1.1 引言
1.2 超級電容器
1.2.1 超級電容器的儲能機理
1.2.1.1 雙電層電容
1.2.1.2 贗電容
1.2.2 超級電容器的結(jié)構(gòu)分類
1.3 石墨烯的基本性質(zhì)及制備方法
1.3.1 石墨烯的基本性質(zhì)
1.3.2 石墨烯的制備方法
1.3.2.1 化學還原法制備石墨烯
1.3.2.2 熱還原法制備石墨烯
1.3.2.3 電化學還原法制備石墨烯
1.4 石墨烯水凝膠電極在超級電容器中的研究進展
1.4.1 微觀結(jié)構(gòu)構(gòu)筑在石墨烯水凝膠電極中的應用
1.4.2 異質(zhì)元素摻雜在石墨烯水凝膠電極中的應用
1.4.3 活性材料復合在石墨烯水凝膠電極中的應用
1.5 論文選題思路及主要研究內(nèi)容
第二章 實驗材料及表征
2.1 實驗藥品
2.2 實驗儀器及表征設(shè)備
2.3 表征方法
2.3.1 掃描電子顯微鏡
2.3.2 X射線光電子能譜
2.3.3 激光拉曼光譜
2.3.4 X射線衍射圖譜
2.3.5 氮氣吸附測試
2.3.6 四探針測試
2.4 電化學測試方法
2.4.1 循環(huán)伏安測試
2.4.2 恒電流充放電測試
2.4.3 電化學阻抗譜測試
第三章 魚鱗狀PTCDA/rGO水凝膠薄膜的制備及其在鋅離子混合超級電容器中的應用
3.1 引言
3.2 實驗部分
3.2.1 電極材料設(shè)計思路
3.2.2 電極材料的制備
3.2.2.1 GO的制備
3.2.2.2 PTCDA/rGO水凝膠薄膜的制備
3.2.3 器件組裝及電化學測試
3.2.4 DFT計算
3.2.5 計算公式
3.3 結(jié)果與討論
3.3.1 材料特征分析
3.3.1.1 SEM分析
3.3.1.2 XRD和 Raman分析
3.3.1.3 XPS分析
3.3.1.4 比表面積及孔隙結(jié)構(gòu)分析
3.3.1.5 四探針、接觸角分析和機械性能展示
3.3.2 電化學性能分析
3.3.2.1 性能評估
3.3.2.2 儲能機理分析
3.4 本章小結(jié)
第四章 PTCDA/rGO水凝膠薄膜在對稱超級電容器中的應用及柔性固態(tài)器件性能研究
4.1 引言
4.2 實驗部分
4.2.1 電極材料制備
4.2.2 電化學測試及器件組裝
4.2.3 計算公式
4.3 結(jié)果與討論
4.3.1 對稱超級電容器電化學性能評估
4.3.2 柔性固態(tài)器件電化學性能評估
4.4 本章小結(jié)
第五章 全文總結(jié)與展望
5.1 全文總結(jié)
5.2 后續(xù)工作展望
致謝
參考文獻
攻讀碩士學位期間取得的成果
本文編號：4010612
【文章頁數(shù)】：76 頁
【學位級別】：碩士
【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
1.1 引言
1.2 超級電容器
1.2.1 超級電容器的儲能機理
1.2.1.1 雙電層電容
1.2.1.2 贗電容
1.2.2 超級電容器的結(jié)構(gòu)分類
1.3 石墨烯的基本性質(zhì)及制備方法
1.3.1 石墨烯的基本性質(zhì)
1.3.2 石墨烯的制備方法
1.3.2.1 化學還原法制備石墨烯
1.3.2.2 熱還原法制備石墨烯
1.3.2.3 電化學還原法制備石墨烯
1.4 石墨烯水凝膠電極在超級電容器中的研究進展
1.4.1 微觀結(jié)構(gòu)構(gòu)筑在石墨烯水凝膠電極中的應用
1.4.2 異質(zhì)元素摻雜在石墨烯水凝膠電極中的應用
1.4.3 活性材料復合在石墨烯水凝膠電極中的應用
1.5 論文選題思路及主要研究內(nèi)容
第二章 實驗材料及表征
2.1 實驗藥品
2.2 實驗儀器及表征設(shè)備
2.3 表征方法
2.3.1 掃描電子顯微鏡
2.3.2 X射線光電子能譜
2.3.3 激光拉曼光譜
2.3.4 X射線衍射圖譜
2.3.5 氮氣吸附測試
2.3.6 四探針測試
2.4 電化學測試方法
2.4.1 循環(huán)伏安測試
2.4.2 恒電流充放電測試
2.4.3 電化學阻抗譜測試
第三章 魚鱗狀PTCDA/rGO水凝膠薄膜的制備及其在鋅離子混合超級電容器中的應用
3.1 引言
3.2 實驗部分
3.2.1 電極材料設(shè)計思路
3.2.2 電極材料的制備
3.2.2.1 GO的制備
3.2.2.2 PTCDA/rGO水凝膠薄膜的制備
3.2.3 器件組裝及電化學測試
3.2.4 DFT計算
3.2.5 計算公式
3.3 結(jié)果與討論
3.3.1 材料特征分析
3.3.1.1 SEM分析
3.3.1.2 XRD和 Raman分析
3.3.1.3 XPS分析
3.3.1.4 比表面積及孔隙結(jié)構(gòu)分析
3.3.1.5 四探針、接觸角分析和機械性能展示
3.3.2 電化學性能分析
3.3.2.1 性能評估
3.3.2.2 儲能機理分析
3.4 本章小結(jié)
第四章 PTCDA/rGO水凝膠薄膜在對稱超級電容器中的應用及柔性固態(tài)器件性能研究
4.1 引言
4.2 實驗部分
4.2.1 電極材料制備
4.2.2 電化學測試及器件組裝
4.2.3 計算公式
4.3 結(jié)果與討論
4.3.1 對稱超級電容器電化學性能評估
4.3.2 柔性固態(tài)器件電化學性能評估
4.4 本章小結(jié)
第五章 全文總結(jié)與展望
5.1 全文總結(jié)
5.2 后續(xù)工作展望
致謝
參考文獻
攻讀碩士學位期間取得的成果
本文編號：4010612
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