石墨烯基电极材料的制备及其电化学储能特性研究

来源 :天津工业大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:wudingyong2009
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论文将石墨烯量子点(GQDs)代替商品化导电炭黑(CB)用作新型纳米尺寸(~10nm)的导电剂,制备具有良好导电网络的活性炭基电极,考察石墨烯表面性质对电极的电化学储能特性的影响。同时,以氧化石墨烯为前驱体,复合表面活性剂,通过喷雾造粒-热还原法制备还原氧化石墨烯微花,研究材料的晶体层间结构、含氧官能团和缺陷等与电化学性能之间的“构效关系”,确定出适用于电容器电解液存储和锂离子脱嵌的最佳结构。具体研究内容如下:首先将不同添加量的GQDs作为新型纳米级导电剂,与活性炭(AC)采用直接液相复合(AC-G)和热还原复合(AC-HG)两种方式,分别制备具有良好导电网络的系列电极,考察了两种复合方式对活性炭电极结构特性与双电层电容性能的影响。结果表明:(1)添加1wt%GQDs的AC电极呈现出优异的比电容和倍率性能,当电流密度从0.1Ag-1增加到1OAg-1,其比电容由110Fg-1降到85Fg-1;明显优于添加10 wt%CB的AC电极(100 F g-1降为65 F g-1);(2)热处理过程大幅去除了 GQDs所带含氧官能团,AC-HG电极的电子电导率提高而离子电导率降低,因此其倍率性能略有下降,但循环稳定性大幅提高。65℃高温箱中3600次循环后AC-GI和AC-HG1电极的放电比容量分别为46.5 F g-1和71.7 F g-1,相应的保留率为62.2%和81.6%。以氧化石墨烯溶液为前驱体,复合表面活性剂,采用喷雾干燥-热还原法制备一种三维褶皱结构的还原氧化石墨烯微花。通过改变还原温度调节材料的形貌、层间距、氧含量及缺陷等,将其分别作为超级电容器和锂离子电池电极材料。结果表明:(1)石墨烯微花材料组装的超级电容器可以耐4.0 V的高电压,其中400°C处理的样品放电比电容可以达到133.38 Fg-1,能量密度达到126.6 Wh kg-1,远远大于活性炭基超级电容器的能量密度,这与其特殊的层间结构和氧含量缺陷引起的电化学活化密切相关。(2)作为锂离子负极材料,400°C热还原的样品呈现出最高的首次充电比容量(691.3 mAh g-1)。700℃处理的样品呈现出最佳的倍率性能和循环性能,在1 Ag-1的电流密度下,比容量达到196.2 mAh g-1,循环100次后容量保持288.9 mAh g-1
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