石墨烯基复合储能材料的制备及其在超级电容器中的应用

摘要

本文旨在探索使用廉价、环保、简单、易于实际应用的方法来制备具有优越储能性能的电极材料，通过采用各种表征技术，对电极材料的结构和形貌加以分析，并模拟超级电容器对电极材料性能进行更准确地评估。具体归纳如下：
　　（1）我们采用绿色环保、简单易行、原料来源丰富的方法制备出高电化学储能性能的电极材料,即细菌纤维素与氧化石墨烯复合后再炭化的石墨烯—碳纳米纤维复合物（rGO@CNF），这使细菌纤维素衍生出的碳纤维插入石墨烯的片层中。由于其具有独特的网状结构，rGO@CNF在6M KOH为电解液的三电极体系下有超高的比电容（263F/g）。在双电极体系下的面积比电容达54.5 mF/cm2,并且该对称超级电容器在循环5000圈后仍然有95.5％的保持率。
　　（2）我们利用低成本，环境友好和可规模化生产的水热方法制备了介孔钴/铝水滑石（Co/Al LDHs）纳米片正极材料，这个电极材料的比电容值可达1158 F/g；利用改进的Hummer法制备剥离效果好的氧化石墨烯，并用绿色简单的水热法还原成石墨烯并作为负极材料。使用以上两种电极材料成功设计了一个非对称超级电容器，该非对称超级电容器（ASC）有优秀的电化学性质，即34.7 Wh/kg的能量密度和5.6 kW/kg的最大功率密度，循环稳定性能也非常优越（2000圈后有93%保持率）。
　　（3）我们采用简单的水热法合成了一种Co/Al水滑石纳米片包裹碳布（CC@Co/Al LDHs）的电极材料作为超级电容器的正极，该电极材料在三电极测试中有着优秀的储能性能；通过简单的方法将石墨烯与碳布复合应用为超级电容器的负极，这是依据石墨烯的自组装粘附于碳布上的。这两个电极都无须添加粘合剂与导电剂，使用这两个正负极组装成一个三明治结构的柔性半固态超级电容器，该非对称超级电容器有着优越的电化学性能（能量密度0.61 mWh/cm3）。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 超级电容器的简介

1.3 超级电容器的分类

1.4 超级电容器电极材料的研究进展

1.5 本选题的内容和意义

第二章 实验方法和原理

2.1 药品试剂与仪器设备

2.2 电化学测试

第三章 石墨烯复合纳米碳纤维作为高性能超级电容器的电极材料

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 实验结果与电化学讨论

3.4 结论

第四章 高能量密度的石墨烯//Co/Al水滑石非对称超级电容器

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章总结

第五章 在碳布上生长Co/Al LDHs作为柔性非对称超级电容器

5.1 引言

5.2 实验部分

5.3 结果与讨论

5.4 本章总结

结论与展望

结论

展望

参考文献

攻读硕士期间取得的科研成果

致谢