基于石墨烯水凝胶电极的超级电容器性能研究

摘要

石墨烯作为新型二维碳材料，具有质量轻、比表面积大、导电性好等优点，因此在超级电容器电极、传感器和药物载体等领域有广泛应用前景。本文以氧化石墨烯为原料，利用原位还原法制备得到立体网络结构的石墨烯水凝胶并用作电极，通过控制反应条件改变石墨烯水凝胶的密度、导电性和孔隙结构，测试不同石墨烯水凝胶电极的电化学性能，找出石墨烯水凝胶作为超级电容器电极的最佳制备条件。本文主要开展的研究如下:　　(1)使用不同浓度的氧化石墨烯分散液做原料制备石墨烯水凝胶电极，探究了不同密度石墨烯水凝胶对超级电容器电化学性能的影响。实验证明，以石墨烯水凝胶做电极的超级电容器，比常规使用石墨烯粉末做电极的超级电容器性能优越。　　(2)在氧化石墨烯与硫化钠质量比为10∶1至1∶10范围内，探究了硫化钠做还原剂时石墨烯水凝胶形成的苛刻条件。当氧化石墨烯与硫化钠质量比为2∶1时，石墨烯水凝胶电导率为1 S/cm，以石墨烯水凝胶做电极的超级电容器比电容为187F/g。　　(3)探究了低温还原反应对石墨烯水凝胶电化学性能影响。低温反应时间越长，形成的石墨烯水凝胶孔径越大;在电流密度为2A/g时，对应所制备的超级电容器的比电容也随之从130F/g达到了184F/g。　　(4)探究了不同电解液对石墨烯水凝胶超级电容器性能的影响。使用了硫酸钠、氯化钠、氯化钾和氢氧化钠溶液做电解液。在相同浓度时以氯化钠溶液做电解液的超级电容器比电容更高，倍率性能更好。　　(5)探究了不同集流体对石墨烯水凝胶超级电容器性能的影响，与不锈钢网和冲孔铜箔相比，使用泡沫镍做集流体的石墨烯水凝胶电极循环伏安曲线更加对称，而使用铜箔做集流体时在低电流密度下比电容更高。

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致谢

摘要

1 引言

1．1 超级电容器

1．1．1 超级电容器简介

1．1．2 超级电容器原理

1．2 石墨烯

1．2．1 石墨烯的性质特点

1．2．2 石墨烯立体结构制备

1．3 石墨烯水凝胶电极

1．4 本论文主要工作内容

2 石墨烯水凝胶的制备及表征

2．1 氧化石墨烯的制备及表征

2．1．1 实验试剂

2．1．2 实验设备

2．1．3 氧化石墨烯制备

2．1．4 氧化石墨烯表征

2．2 石墨烯水凝胶的制备及表征

2．2．1 实验试剂

2．2．2 实验设备

2．2．3 石墨烯水凝胶制备

2．2．4 石墨烯水凝胶表征

3 石墨烯水凝胶电极性能的研究

3．1 电极密度对电化学性能的影响

3．1．1 使用不同浓度氧化石墨烯制备石墨烯水凝胶

3．1．2 不同密度石墨烯水凝胶电极性能测试

3．2 还原剂对电极性能的影响

3．2．1 使用不同量还原剂制备石墨烯水凝胶

3．2．2 不同还原效果石墨烯水凝胶电极性能测试

3．3 低温反应对电极性能的影响

3．3．1 对氧化石墨烯进行不同时间低温还原反应

3．3．2 不同低温还原效果石墨烯水凝胶电极性能测试

4 石墨烯水凝胶超级电容器的研究

4．1 电解液对超级电容器电化学性能的影响

4．1．1 使用不同电解液制作超级电容器

4．1．2 不同电解液超级电容器性能测试

4．2 集流体对超级电容器电化学性能的影响

4．2．1 使用不同集流体制作超级电容器

4．2．2 不同集流体超级电容器性能测试

5 结论

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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