納米結(jié)構(gòu)超級電容器電極材料研究.pdf

1、超級電容器作為新型儲能設備近年來受到人們的廣泛關注，而對超級電容器的研究主要集中在電極材料上。本論文分別制備出甘蔗渣基活性炭、石墨烯基氣凝膠和納米鎳粉等納米材料，并將它們用作超級電容器電極材料，研究了其超電容性能。本論文的主要內(nèi)容為：
　　甘蔗渣基活性炭的制備及電容性能研究：以甘蔗渣為前驅(qū)體，以氯化鋅為活化劑，采用微波輻射法制備出活性炭材料并研究其超電容性能。采用氮氣吸附、SEM等手段對制備的材料進行表征。結(jié)果顯示，當活化劑濃度從

2、20wt％增大至60wt%時，所制備活性炭材料的孔徑從2.5nm增大至7.0nm。電化學測試表明，炭材料的超電容性能受其孔結(jié)構(gòu)的影響，在KOH電解液中，具有適中比表面積及介孔率含量高的AC40樣品表現(xiàn)出最好的超電容性能；而具有大孔徑的AC60在離子液體電解液(EMIMBF4)中具有最好的超電容性能：在功率密度為2.5kWkg-1時，仍能提供9.2Whkg-1的能量密度。
　　具有超高C/O摩爾比的石墨烯氣凝膠制備及電容性能研究：氧

3、化石墨烯自組裝后經(jīng)二氧化碳超臨界干燥得到氧化石墨烯氣凝膠，再經(jīng)氫氣還原成功得到石墨烯氣凝膠。通過一系列表征手段如AFM、SEM、TEM、XRD、FT-IR和XPS等研究石墨烯氣凝膠的形貌、結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)。首次提出了氧化石墨烯自組裝過程的機理，即氧化石墨烯表面的含氧官能團之間的氫鍵作用引導的自組裝機制。元素分析表明，制備的三維石墨烯氣凝膠的C/O摩爾比為69.9，遠高于文獻報道的其它石墨烯基凝膠的C/O摩爾比。電化學測試結(jié)果顯示，三維石墨

4、烯氣凝膠具有高倍率的超電容性能，這歸因于其具有的三維結(jié)構(gòu)和高電導率。
　　次磷酸-碘還原法制備石墨烯氣凝膠：以次磷酸和碘為還原劑，采用自組裝和還原過程同步進行的方法制備出還原石墨烯氣凝膠(RGOA)。氮氣吸附測試表明其BET比表面積為830m2g-1，遠大于其它采用自組裝和還原過程同步進行法制備的石墨烯基氣凝膠的比表面積。通過一系列表征手段如SEM、TEM、XRD、FT-IF和XPS等對RGOA進行分析。電化學測試表明RGOA在水

5、系電解液體系中表現(xiàn)出高倍率特性，在KOH和H2SO4電解液中，其比電容分別可達到211.8和278.6Fg-1，RGOA優(yōu)異的超電容性能歸因于其三維結(jié)構(gòu)和表面含氧官能團。
　　納米鎳粉的制備及電容性能：通過水合肼還原氯化鎳法制備出納米鎳粉并首次將其用作電極材料研究其超電容性能，TEM和XRD測試結(jié)果表明納米鎳粉的平均顆粒尺寸為12nm。XPS測試結(jié)果表明，納米鎳粉表面鎳原子容易與空氣中的氧和水反應形成氧化鎳/氫氧化鎳。電化學測試表