碳和碳基复合材料的制备及其超级电容性能的研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学博士学位论文碳和碳基复合材料的制备及其超级电容性能的研究博士研究生：李一举指导教师：王贵领教授学科，专业：材料科学与工程哈尔滨工程大学2018年3月分类号：密级：UDC：编号：工学博士学位论文碳和碳基复合材料的制备及其超级电容性能的研究博士研究生：李一举指导教师：王贵领教授学位级别：工学博士学科，专业：材料科学与工程所在单位：材料科学与化学工程学院论文提交日期：2018年1月10日论文答辩日期：2018年3月9日学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADiss

2、ertationfortheDegreeofD.EngPreparationofcarbonandcarbon-basedcompositesandstudyofthecapacitiveperformanceCandidate:YijuLiSupervisor:Prof.GuilingWangAcademicDegreeAppliedfor:DoctorofEngineeringSpecialty:MaterialsScienceandEngineeringDateofSubmission:Jan.10th2018Date

3、ofOralExamination:Mar.9th2018University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点，方法，数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者(签字)：日期：年月日哈尔滨工程大学

4、学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印，缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文(□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后)由哈尔滨工程大学送

5、交有关部门进行保存，汇编等。作者(签字)：导师(签字)：日期：年月日年月日碳和碳基复合材料的制备及其超级电容性能的研究摘要超级电容器，作为一种新型的电化学储能装置，具有高的功率密度，超长的循环寿命，良好的充放电倍率性能和绿色环保等优点。因此，超级电容器拥有十分广泛的应用前景。而作为超级电容器的关键部件之一，电极材料的好坏对其整体性能有着决定性的影响。一般来说，构筑合理的微纳米结构，有利于提高电极材料的电化学性能。不同于块体材料，微纳米材料具有独特的物理化学性质，比如高的比表面积和丰富的纳米孔结构等，已经成为能源材料领域研究的

6、重点。本文主要通过简易、普适的化学合成方法来实现各种微纳米材料的合理生长与组装，并测试了其作为电极材料的超级电容性能。主要的研究内容如下：分别采用喷雾层层自组装和电沉积的方法构建三维二氧化锰/还原氧化石墨烯纳米电极复合材料。对于喷雾层层自组装三维二氧化锰/石墨烯复合材料，在高温恒温箱中，将氧化石墨烯溶液，高锰酸钾溶液和氯化锰溶液依次轮流喷涂在还原氧化石墨烯包覆的泡沫镍骨架上数次，然后再经过高温煅烧，即得到泡沫镍负载的三维多层二氧化锰/还原氧化石墨烯复合电极材料。二氧化锰纳米颗粒均匀地镶嵌在还原氧化石墨烯片层中，同时还原氧化石

7、墨烯片层形成三维多孔导电网络，有利于电解液的渗透和电子的传输。这种复合电极材料在0.25Ag-1的放电倍率下，其放电比容量达到267Fg−1。对于电沉积法构建三维二氧化锰/还原氧化石墨烯复合电极材料，首先将氧化石墨烯一步电沉积还原在泡沫镍骨架上，经过冷冻干燥后形成相互交织的三维还原氧化石墨烯网络，然后通过水热反应，将二氧化锰纳米片原位生长在三维还原氧化石墨烯网络上，构建二氧化锰/还原氧化石墨烯复合纳米电极材料。这种电极材料具有开放的、三维的多孔结构，有利于构建离子和电子快速传输的双通道，其在0.5Ag-1的放电倍率下，放电比

8、容量高达462Fg−1。此外，在10Ag-1的倍率下，进行快速充放电5000圈，其比容量保持率为93.1%，展现了良好的循环稳定性。采用一步碳化活化法，将具有中空管状结构的柳絮纤维前驱体成功转变成相互交联的、具有类石墨烯结构的二维碳纳米片材料。这种独特的相互交联的碳纳米片网络，有利于电解液