碳纳米管/超薄纳米片复合物及储能电极材料的性能研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 李成 |
| 学位类别 | 硕士 |
| 答辩日期 | 2012-05 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 靳健 |
| 关键词 | 碳纳米管 纳米片 超级电容器电极材料 复合材料 |
| 学位专业 | 物理化学 |
| 中文摘要 | 随着化石能源的日益消耗，能源危机日益凸显。为了应对能源问题，人们开始寻求新的能源，与此同时新的储能器件也受到人们的关注。超级电容器作为大功率电源或者应用于混合电源中引起人们极大的兴趣。设计和制备新型的电极材料是提高超级电容器储能性能的关键。本文以碳纳米管为基材，通过与二维超薄纳米片复合制备具有一定导电性的三维网络结构的复合物，并研究了以该复合物作为电极材料的超级电容器的储能性能，取得了如下研究结果： 1. SWCNT与GO纳米片复合制备具有三维网络结构的高强度的柔性超级电容器电极。复合膜分别在150，200，250，300，400oC温度下，5%H2/Ar混合气氛下还原处理。经过XPS、拉曼表征我们发现，伴随着还原温度的提高，复合膜中含氧官能团的含量逐渐减少，石墨烯片上sp2区域逐渐变大。电化学测试表明，在250oC下的还原取得了最佳的电容值，即在扫速为10mV/s，50，100，200，500，1000mV/s 时，电容分别为174.8F/g，159.38，152.8，139.0，109.8，73.9F/g。通过接触角测量表明还原温度越高复合膜变得越疏水，这说明一定量的含氧官能团是有利于电解液与复合膜的接触，促进电化学过程。我们还探讨了不同的SWCNT与GO质量比对复合膜性能的影响，制备了SWCNT/GO质量比为1:1，1:2，1:4，1:6，1:8的复合膜。复合膜比电容的大小受GO含量的影响，在GO含量比较多的SWCNT/GO质量比1:6及1:8的样品中，在5A/g的电流密度下，其比容量可达198.4及206.7F/g，但是其电容会随着电流密度的增大而急速下降。其力学性能受SWCNT含量的影响，SWCNT/GO质量比为1:1时断裂强度为461MPa，但是SWCNT/GO质量比为1:8时断裂强度将到了113MPa。而从综合性能上来考虑，SWCNT/GO质量比为1:4的复合膜表现最佳，功率密度为2.5kW/kg时，能量密度为24.17Wh/kg，功率密度为80kW/kg时，能量密度为11.27Wh/kg，40A/g的充放电循环下，在10000次循环中，容量降低了约3%，其断裂强度可以达到269MPa，在反复折叠2000次后，电容仍然能够保持96.8%。 2. MWCNT与金属氢氧化物纳米片（Co-Al LDH）通过静电吸附包裹制备复合材料并研究其储能性能。我们制备了厚度在1-2nm，大小在200-500nm之间的Co-Al-Cl- LDH纳米片与厚度在1nm，大小在150nm以下的Co-Al-DS- LDH纳米片。分别通过与外径20nm与50nm的碳纳米管复合，制备了包覆效果不同的复合材料。电化学测试表明，良好的包覆有利于提升复合材料的电容性能。Co-Al LDH 纳米片包裹的MWCNT的表面，形成了非常好的纳米级包覆，这种结构有利于电解液与Co-Al LDH 纳米片的接触，有利于提高电化学性能。这种复合材料具有如下电化学性能：在放电电流为1，5，10，20A/g的情况下时，其电容大小分别为449.5，301.08，233.78，54.4F/g，在0.25kW/kg的功率密度下，能量密度可以达到15.61Wh/kg，在20A/g的充分电下2000次循环后容量只降低了3.71%，体现了复合结构对材料性能具有非常好的提升。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-09-11 |
| 源URL | [http://58.210.77.100/handle/332007/713]  |
| 专题 | 苏州纳米技术与纳米仿生研究所_纳米仿生研究部_靳健团队 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 李成. 碳纳米管/超薄纳米片复合物及储能电极材料的性能研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2012. |
入库方式： OAI收割
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