石墨烯/生态炭复合材料的制备及电性能研究

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:hznewblue
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电化学电容器作为一种新型储能器件,具有寿命长,功率密度高等优点,在电子和通讯等领域具有广阔的应用情景。目前,电容器的性能很大程度上取决于电极材料的优劣,制备具有优异电化学性能的电极材料是当前电化学电容器研究的热点之一。本文以生物质废弃物——稻壳粉为原料,先后采用碱液热处理、空气预氧化和磷酸活化制备稻壳炭。分别采用氮气吸附、红外、X射线衍射、扫描电镜、透射电镜等技术对稻壳炭进行表征。研究探讨了淀粉炭微球与石墨烯复合材料的制备方法,合成了石墨烯/炭微球复合材料,并确定了石墨烯/稻壳炭复合材料的最佳制备工艺参数。以生态炭及其复合材料为主要原料制备电化学电容器电极,采用循环伏安、交流阻抗及恒流充放电研究其电化学性能。主要结论如下:1.制备稻壳炭研究结果表明:对稻壳粉进行碱液热处理,可使稻壳炭的比表面积、总孔容以及中孔率均有显著提高,灰分明显降低。对碱液热处理后的稻壳粉而言,以磷酸为活化剂,随剂料比增加,所制稻壳炭苯吸附值先增大后减小,对应比电容也呈相同变化趋势;随着空气预氧化温度的提高,所制稻壳炭苯吸附值逐渐增加。当采用碱液热处理稻壳粉为原料,剂料比为2:1,空气预氧化温度为200oC时,所制稻壳炭比表面积为2009m2.g-1,总孔容为1.30cm3.g-1,中孔率为91.9%。由其制备的电极具有较好的电化学性能,在电流密度为50mA.g-1时,比电容为175.6F.g-1。2.制备石墨烯/炭微球复合材料研究结果表明:随着剂料比(磷酸/淀粉)增加,炭微球苯吸附值先增大后减小。随复合温度的升高和复合时间的延长,石墨烯/活性炭微球复合材料苯吸附值先升高后降低,比电容也呈先升高后降低的趋势。而氧化石墨烯浓度对石墨烯/活性炭微球复合材料苯吸附值影响不明显。当剂料比为2:1,复合温度为160oC,复合时间为6h,氧化石墨烯浓度为1mg.mL-1时,制备的复合材料电化学性能较好,在50mA.g-1的电流密度下,比电容可达286.1F.g-1。相比于炭微球134.3F.g-1,电化学性能明显提高。3.制备石墨烯/稻壳炭复合材料研究结果表明:加入淀粉和氧化石墨烯制备的复合材料,比表面积以及孔容较生态炭和石墨烯/活性炭微球复合材料低,比电容也随之降低。石墨烯/稻壳炭电极比电容近似于稻壳炭电极和石墨烯/活性炭微球电极串联而形成的电极比电容。
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