铝代双氢氧化物/还原氧化石墨烯复合材料的制备及其在超级电容器中的应用

摘要

超级电容器是一种新型的储能装置,因其超高的比功率和良好的循环寿命而引起了许多学者的研究兴趣。它有效地结合了物理电容器高功率密度及传统电池高能量密度的优点,因此,其应用领域广泛,已成为新型化学电源研究中的热点之一。现阶段有关超级电容器的研究主要集中在电极材料方面。过渡金属氧化物/氢氧化物由于其具有高比电容而成为具有潜在应用价值的一类超级电容器电极材料。石墨烯作为一种新型的碳材料它拥有一些独特性质(比表面积达2630m2·g-1、杰出的化学稳定性、导电性、导热性、机械强度和柔韧性等),它以自身或复合材料的形式在超级电容器电极材料的制备方面受到广泛关注。本文研究工作中,我们注重复合材料能够相互彰显复合组分的性能这一优点,以获得良好电化学性能的目标材料为目的,条件温和环保易操作为出发点,针对电极材料的制备和电化学性能进行了实验研究和探讨,主要研究内容概述如下:
　　1、以硝酸镍和硝酸铝为原料,尿素作为还原剂和沉淀剂,通过水热法一步合成了不同配比的还原氧化石墨烯/Al-Ni层状双氢氧化物复合物(rGO/LDH)。用X射线衍射(XRD),红外光谱(FT-IR),拉曼光谱(Raman)和场发射扫描电镜(FESEM)对其结构和形貌进行物理表征。采用循环伏安,恒电流充放电等电化学方法系统研究了所制备样品的电化学性能。实验结果表明,当Al-Ni层状双氢氧化物(LDH)与还原氧化石墨烯(rGO)的配比为96.2:3.8时,复合物具有最佳的电容性能。在电流密度为1A·g-1时,其比电容高达918.4F·g-1,远高于纯Al-Ni层状双氢氧化物(LDH)的比电容(732F·g-1)。
　　2、以硝酸钴和硝酸铝为原料,六次甲基四胺作为OH-的产生源,在温和的回流条件下通过一步法合成了6种片层结构的铝钴双氢氧化物/还原氧化石墨烯(Al-Co-LDH/RGO)复合材料。用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)对其结构和形貌进行物理表征。通过热分析(TG)对样品的热稳定性进行了分析。采用循环伏安,恒电流充放电等电化学方法系统研究了所制备样品的电化学性能。实验结果表明,当还原氧化石墨烯(RGO)与铝钴双氢氧化物(Al-Co-LDH)的配比为2.28:97.72时,复合物具有最佳的电容性能。在电流密度为1A·g-1时,其比电容高达936.4F·g-1,与纯铝钴双氢氧化物(Al-Co-LDH)(618.8F·g-1)相比其比电容提高了51.4％。
　　3、以RuCl3和氧化石墨为原料,调节pH促进GO的分散,然后在水热条件下一步合成了不同配比的氧化钌/还原氧化石墨烯复合材料。用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)对其结构和形貌进行物理表征。通过热分析(TG)对样品的热稳定性进行了表征。采用循环伏安,恒电流充放电等电化学方法系统研究了所制备样品的电化学性能。实验结果表明,当复合材料RuO2/rGO中氧化钌与石墨烯的比例为73.9:26.1时,复合材料比电容可达750F·g-1,并且其形貌与单纯的氧化钌相比也发生了改变。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2超级电容器概述

1.3超级电容器的优越性

1.4超级电容器的电极材料及其分类

1.5氧化石墨和石墨烯的简介

1.6论文选题思路及主要研究内容

第二章 还原氧化石墨烯/Al-Ni层状双氢氧化物复合物的制备及其电化学电容行为

2.1引言

2.2实验部分

2.3结果与讨论

2.4 本章小结

第三章 片层结构铝钴双氢氧化物/还原氧化石墨烯复合材料的制备方法及应用

3.1引言

3.2实验部分

3.3结果与讨论

3.4本章小结

第四章 氧化钌/还原氧化石墨烯复合物的制备及其超电容性能研究

4.1引言

4.2实验部分

4.3结果与讨论

4.4本章小结

参考文献

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