气液界面自组装还原氧化石墨烯平面微型超级电容器研究

摘要

目前电子产品器件朝着微米级乃至纳米级的方向快速发展，导致对储能系统的要求越来越高，对新型能源存储系统的需求越来越大，平面微型超级电容器作为一种新型能源存储器件应运而生。平面微型超级电容器具有离子传输路径短的特性，使其具备更大的比电容。石墨烯由于其高导电率、高电子迁移率和独特的二维结构，成为一种非常理想的平面超级电容器电极材料。本文采用气液界面自组装法制备了氧化石墨烯(Graphene Oxide，GO)薄膜，通过HI酸还原法制备了还原氧化石墨烯(reduced Graphene Oxide，r-GO)薄膜，并利用制备的r-GO薄膜制备出平面微型超级电容器。
　　本文采用气液界面自组装法和HI酸还原法，以不同浓度GO水溶液为原材料制备出r-GO薄膜，并对制备的薄膜进行原子力显微镜、X射线衍射测试和X射线光电子能谱测试及四探针测试。制备出的纳米级r-GO薄膜的碳氧原子比为77。本文通过调节GO水溶液浓度得到不同电导率的r-GO薄膜，当浓度为2mg/ml时，r-GO薄膜的电导率达到620.29Scm-1。
　　本文采用r-GO薄膜电极制备全固态超级电容器和全固态平面微型超级电容器，并对器件进行循环伏安测试，计算其电化学性能。计算结果为:全固态平面超级电容器测试的扫描速率越小，器件的电化学特性越好。在0.001Vs-1的低扫速下，器件的面电容和体电容分别是69.565μFcm-2和2.334Fcm-3，其能量密度为324.224μWhcm-3。全固态平面微型超级电容器测试的扫描速率范围为0.01Vs-1到1000Vs-1，在0.01Vs-1的低扫速下，器件的面电容和体电容分别是20.889μFcm-2和6.528Fcm-3，其能量密度为0.91mWhcm-3。在1000Vs-1的高扫速下，器件的功率密度为2.160Wcm-3，并且其循环稳定性高达98％。本文实验研究表明，气液界面自组装法和HI酸还原法制备的r-GO薄膜电极适用于制备平面微型超级电容器。

目录

声明

摘要

1．1 研究目的及意义

1．2 石墨烯电极研究现状

1．2．1 石墨烯材料

1．2．2 石墨烯薄膜制备方法

1．2．3 气液界面自组装法

1．3 平面微型超级电容器研究现状

1．3．1 碳基平面微型超级电容器

1．3．2 石墨烯基平面微型超级电容器

1．4 课题研究内容

第2章 平面微型超级电容器实验

2．1 实验材料及设备

2．1．1 实验材料

2．1．2 实验设备

2．2 制备工艺

2．2．1 气液界面自组装工艺

2．2．2 HI酸低温还原工艺

2．2．3 超级电容器制备工艺

2．3 表征方法

2．4 本章小结

第3章 气液界面自组装还原氧化石墨烯薄膜电极制备与表征

3．1 引言

3．2 气液界面自组装法制备氧化石墨烯薄膜

3．3 HI低温还原制备石墨烯薄膜

3．4 材料表征及分析

3．4．1 原子力显微镜分析

3．4．2 四探针测试分析

3．4．3 X射线衍射测试分析

3．4．4 X射线光电子能谱分析

3．5 本章小结

第4章 全固态平面超级电容器制备与表征

4．1 引言

4．2 全固态平面超级电容器的制备

4．2．1 集电极的制备

4．2．2 凝胶电解质的制备

4．2．3 全固态平面超级电容器的制备

4．3．1 平面超级电容器的计算

4．3．2 循环伏安特性

4．3．3 性能分析

4．4 本章小结

第5章 全固态平面微型超级电容器制备与表征

5．1 引言

5．2 全固态平面微型超级电容器的制备

5．2．1 光复印工艺

5．2．2 刻蚀工艺

5．2．3 平面微型超级电容器的制备

5．3 全固态平面微型超级电容器的性能测试

5．3．1 循环伏安特性

5．3．2 性能分析

5．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢