杂原子掺杂石墨烯气凝胶的制备及其在超级电容器中的应用

来源 :河南师范大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:zzqq1984
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
超级电容器具有功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽、无污染、免维护等优势被广泛应用于新能源、电动车、电子器件等领域。根据储能机理的不同,可以将超级电容器分为双电层电容器和法拉第电容器。电极材料和电解液是超级电容器的核心部分,它们决定了超级电容器性能的优劣。石墨烯具有较高的比表面积、良好的化学稳定性以及优异的电子传导性能,在超级电容器领域有着十分广阔的应用前景。石墨烯的表面形貌、微观结构、孔结构等会影响其电化学性能,为提高石墨烯基超级电容器的比电容,可通过杂原子掺杂的方法改变其化学性质,进而提高其电容性能。而对于电解质,多集中在提高其导电率、降低粘度、加宽电化学窗口等方面的研究,以离子液体作为超级电容器的电解质能够提高其能量密度。本文通过不同的掺杂剂合成了不同的杂原子掺杂石墨烯,从表面形貌、结构组成、比表面积等方面进行分析,研究了这些材料的电化学性质。主要内容如下:1、以氧化石墨烯(GO)为前驱体,水合肼和硫粉分别作为氮源和硫源,一步水热法合成了氮硫共掺杂石墨烯凝胶(NS-GA),利用XRD、XPS、拉曼等手段对其进行了表征。在水热过程中,氧化石墨烯在被还原的同时进行了杂原子氮和硫的掺杂。电化学测试结果表明,在以1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(EMIMBF4)离子液体为电解液,氮硫共掺杂石墨烯气凝胶作为超级电容器的电极材料,所构筑的电容器在功率密度为0.94 kW kg-1时,其能量密度为100.7 Wh kg-1。当功率密度高达20 kW kg-1,其能量密度依然能达到45.2 Wh kg-1。该电容器的功率密度和能量密度远高于商用超级电容器,体现了杂原子共掺杂石墨烯的优越性。2、以胍类(磷酸胍、碳酸胍和盐酸胍)为还原剂和掺杂剂,GO为前驱体,制备出三种氮掺杂石墨烯(PRGA、CRGA和HRGA)。这三种氮掺杂石墨烯的含氮量均较高,氮元素存在的主要形式是吡啶氮、吡咯氮和季氮。电化学测试结果表明,PRGA、CRGA和HRGA在电流密度为1 A g-1时的比电容分别为179、148和193 F g-1。基于PRGA、CRGA和HRGA的超级电容器还具有良好的循环稳定性,在经过1000次的循环充放电之后的电容保持率分别为初始值的85%、81%和86%。磷酸胍、碳酸胍和盐酸胍作为一种特殊的离子液体,含量丰富且价格低廉,这些优点为采用离子液体为掺杂剂制备氮掺杂石墨烯提供了一种简单可行的方法。3、以磷酸脲和GO为原料,一步水热法制备出氮掺杂石墨烯。通过优化磷酸脲与GO的比例,获得了氮掺杂石墨烯(PUGA-10、PUGA-30和PUGA-50)。所制备的PUGA-10、PUGA-30和PUGA-50具有丰富的介孔结构。电化学测试结果表明,PUGA-30不仅具有较高的比电容,同时基于PUGA-30的超级电容器也具有较高的能量密度和功率密度。
其他文献
坚决肃清秦光荣等流毒影响,修复被严重破坏的云南政治生态,各地区各部门各单位要坚定扛起以案促改政治责任,从思想建设、制度建设、组织建设、作风建设等方面正本清源,做到破立并
报纸
通过设计特定声调组合和语境的实验室语句,考察了韵律短语边界对语句中降阶和焦点后音高骤降的影响规律,以及降阶和焦点的作用域。结果发现,在由两个韵律短语组成的语句中,韵
期刊
司马光为我国北宋著名的历史学家。他整理文献撰成《资治通鉴》一书而流芳百世,此书被后朝代代传颂,也成为历代帝王的枕边必读书。司马光修《通鉴》历时19年,他一生之心血都
针对活性染料短流程湿蒸染色工艺的问题,模拟汽蒸的湿热环境,通过红外光谱、X射线衍射仪等设备全面分析羊毛织物在湿蒸处理后的结构变化。结果表明:红外光谱显示,汽蒸会造成羊
<正> 美国矿业局正在研究能使各采矿公司在21世纪世界矿物市场保持其竞争力的采矿技术。其目的是要研究一些先进的开采方法,这些方法在成本比常规方法较低的情况下,能保持和
为了实现无碳小车完成1~N个8字形路径并通过预设障碍桩,文中提出一种通用的无碳小车结构设计方法,只需更换不同的凸轮零件即可完成不同类型8字形路径。考虑到前轮摆角和车速为
氧传感技术是集生物技术和信息技术于一体的现代高科技检测方法,通过测定密闭条件下种子萌发过程中的耗氧量来鉴定种子的活力水平,一般在种子萌发的第二阶段即萌动阶段即可结束
<正>主攻心血管疾病兼及其它疑难病两书中,《医学选集》中收载他治疗心血管病及其它急危或顽难疾病的"基础实验研究和临床观察"文章,临床研究的
本研究通过使用相似性和强度测试来评估四种不同的分离方法获得的伊朗藏红花芳香提取物的代表性并确定芳香活性化合物组成。采用气相色谱-质谱-嗅觉测定法分析了伊朗藏红花的
中立原则是一切程序的"心脏"。CAS成立初期由于在人事安排和经济供养等方面存在结构性依赖,致使其仲裁中立性存在道德危机。为回应法治理念的要求,CAS通过三大制度安排进行了中