论文部分内容阅读
能源危机和环境问题促使人们开发可再生和可持续的能源,然而最具吸引力的绿色能源在自然界中存在间歇性供应的缺点。因此,发展新型储能技术已成为解决这一关键问题的可行途径。超级电容器和二次电池作为目前的研究热点,在清洁能源研究领域起到不可或缺的作用。其中,正极材料的开发是研究的关键方向之一。本论文以层状碳基材料以及双金属氢氧化物材料为二维主体,引入客体插层剂,诱导制备了二维插层复合电极材料,并以此构筑了超级电容器和锌离子电池,结果如下:（1）以天然石墨（PG）为二维基体,聚苯胺（PANI）为插层剂,原位聚合制备了PG/PANI。对比PG和PG/PANI的X-射线衍射光谱分析（XRD）结果得出,石墨在（002）晶面的晶格间距由0.333 nm增大到0.335 nm。交流阻抗测试中PG/PANI表现出较好的离子扩散性能。在1.0 A g-1的电流密度下,2500次充放电循环后的PG/PANI容量保持其初始电容的115.3%。这是因为聚苯胺扩展了材料的扩散通道,并且层状空间提高了聚苯胺的结构稳定性。（2）以PG为二维基体,Cr2O3为氧化剂,制备得到膨胀石墨（EG）。通过XRD的分析结果可知,EG在（002）晶面的晶格间距比PG增大了0.009 nm。以EG为二维基体,先制备EG/PANI,然后通过引入有机磷酸酯PA-350对复合物中插层剂进行掺杂,得到EG/P-PANI。通过XRD分析结果可知,EG/P-PANI的晶格间距比PG扩增了0.012 nm。在电化学性能测试中,EG/P-PANI的电压测试窗口相较于EG/PANI的2.3 V提升到了2.4V,5000圈充放电测试后容量保持率仍高达80.7%,表现出更好的电化学性能。这是由于EG/P-PANI材料中有机磷酸酯的亲水性能能够充分接触电解液从而提高了电极的电导率。（3）以EG为二维基体,将三聚氰胺和三聚氰酸插入EG中,原位制备了EG/g-C3N4前驱体,对前驱体分别进行450℃和700℃热处理,得到EG/g-C3N4-X复合产物。结果表明,700℃下烧结得到的EG/g-C3N4-700电极材料的循环伏安曲线近乎矩形,呈现出较好的电化学活性。在循环寿命测试中,EG/g-C3N4-700电极经过2000次循环后(1.0 A g-1)保持率为89.6%,优于450℃烧结的产物EG/g-C3N4-450（76.9%）。（4）以片层NiFe-LDH代替了碳基材料,以磺化聚苯胺（SPAN）为插层剂,探究插层剂对双金属氢氧化物结构的影响。结果表明SPAN可以极大提高电池的容量,即在0.1 A g-1电流密度下NiFe-LDH/SPAN的放电容量(333.3 m Ah g-1)是NiFe-LDH的二倍(164.7 m Ah g-1),同时在循环寿命测试中表现出更好的稳定性。