论文部分内容阅读
近年来,电动汽车的兴起,以及对周期性产生的清洁能源的开发(如太阳能、水能、风能、潮汐能),提高了我们对能源存储设备的需求。在所有的储能设备中,超级电容器以及锂离子电池都具有良好的发展前景。但是在实践中,以炭材料为电极的超级电容器尽管具有极其优异的循环性能以及倍率性能,但是其能量密度小,只能应用于一些可以允许装置进行频繁充放电的领域。而以MXene材料为电极的锂离子电池虽然具有较好的倍率性能,但是其质量比容量较小,难以满足人们对储能装置的需求。因此,本文从制备高比电容的超级电容器电极材料,以及高锂电容量的MXene基电极材料这两方面开展工作。论文的主要研究方法与结果如下:(1)利用海藻酸钠为碳源,以化学活化法,通过调整烧结温度及NaOH活化剂的用量制备出不同的活性炭材料。通过结构与电化学表征发现在水系电解液中,活性炭的电化学性能主要受材料的比表面积控制。此外,活性炭的氧含量可以有效降低材料的疏水性,提高其性能,但是过高的氧含量也会对材料导电性、倍率性能带来不利的影响。(2)以剥离得到的MXene分散液与氧化石墨烯分散液为原料,通过水热法,制备了MXene与三维石墨烯的复合物。对水热产物进行了结构表征之后发现前躯体中的MXene材料在水热过程中被氧化,在生成的三维石墨烯表面形成了钛氧化物。这些产生的钛氧化物在样品干燥的过程中有效抑制了材料孔道的坍塌,从而使得到的产物在干燥之后仍能保持良好的性能。而针对未干燥的样品进行测试后发现,这些钛氧化物的存在能够有效的提高材料的还原程度,进而提高材料的倍率性能。(3)以剥离得到的MXene分散液与溶剂法制备的锰氧化物为原料,通过冷淬法制备了MXene与氧化锰的复合物。通过对产物的形貌表征,发现通过调整前躯体的pH可以可控的制备MXene纳米卷(MNS)。通过对比锰氧化物与MXene以及MNS的复合物的电化学性能发现,MNS与锰氧化物的复合材料具有更优异的循环性能。接着,将复合材料在不同温度下退火,以研究MNS对锰氧化物的还原性以及产物中物相、价态变化对材料储锂性能的影响。通过对不同温度下退火得到产物的电化学表征发现,产物的循环性能与倍率性能均在退火之后有较大的提升。通过退火产物的结构表征发现,产物的物相、价态变化与退火温度密切相关,同时材料的性能也与这些因素有着密切的关系。