煤基石墨烯宏觀體及其復(fù)合材料的制備與電化學(xué)性能研究.pdf

1、超級電容器具有綠色環(huán)保、比能量大、比功率高等優(yōu)點(diǎn)，是具有良好發(fā)展前景的儲能器件之一，其電極材料的結(jié)構(gòu)與性能是決定超級電容器性能的關(guān)鍵。本論文以煤基氧化石墨烯（CGO）為原料，采用水熱自組裝方法制備煤基石墨烯宏觀體，并通過 MnO2和PANI的復(fù)合改性制備新型電極材料。論文重點(diǎn)探究了電極材料結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，研究工作對超級電容器新型電極材料制備開發(fā)和煤的功能材料化轉(zhuǎn)化有一定的理論指導(dǎo)意義。主要?jiǎng)?chuàng)新性結(jié)果如下：
　　以太西煤為原料制備

2、的CGO為前驅(qū)體，采用水熱自組裝方法制備了煤基石墨烯宏觀體（3D-CG），利用FT-IR、XRD、Raman、SEM和TEM等分析手段表征了其組成結(jié)構(gòu)，研究了常見水系電解液對煤基石墨烯宏觀體的超級電容特性的影響。結(jié)果表明：3D-CG為石墨烯片層無序連接自支撐的多孔三維結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)能夠有效抑制石墨烯在應(yīng)用過程中的團(tuán)聚；在6 M KOH堿性電解液體系和1 M H2SO4酸性電解液體系，用3D-CG作為超級電容器的電極材料，發(fā)現(xiàn)該電極材料在

3、兩種溶劑中均具有雙電層電容和贗電容兩種效應(yīng)，比電容分別為為248.41 F/g和256.25 F/g；在1 M Na2SO4中性電解液中，3D-CG電極僅有雙電層電容效應(yīng)，比電容僅有149.52 F/g。
　　以氯化錳、二氧化錳和CGO為原料，采用水熱自組裝法制備了MnO2/石墨烯宏觀體復(fù)合材料（3D-MnCG），通過XRD、SEM、TEM和Roman等手段對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。利用循環(huán)伏安、恒流充放電、交流阻抗等電化學(xué)方法測試了3

4、D-MnCG的電化學(xué)性能。結(jié)果表明：MnO2粒子以無定形態(tài)均勻地分布在3D-MnCG的石墨烯片層及其邊緣上；當(dāng)氧化石墨烯質(zhì)量占60 wt％時(shí)，3D-MnCG的電化學(xué)性能最佳，首次充放電比電容可高達(dá)180.12 F/g；1000次充放電循環(huán)后的比容量為首次充放電比容量的86.9%。
　　以聚苯胺和CGO為前驅(qū)體，通過水熱自組裝法制備PANI/石墨烯宏觀體復(fù)合材料（3D-PCG），采用FT-IR、XRD、Raman、SEM和TEM等方