基于超级电容器石墨烯水凝胶及其复合材料制备与性能研究

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1、硕士论文基于超级电容器的石墨烯水凝胶及其复合材料的制备与性能研究摘要超级电容器，是一种新型的储能元件，其能量密度高、循环寿命长、快速充放电速率，为满足人们对大瞬间大电流释放的要求，超级电容器己在全世界范围引起了极大的关注。近几年对超级电容器的研究主要集中在电极材料的制备上，包括各种碳基材料、导电聚合物和过渡金属氧化物。石墨烯有着高达2600m2／g的理论比表面积，良好的导电性、热稳定性、化学惰性和宽的电压窗口，是一种较理想的双电层电容器电极材料。本文以氧化石墨烯(GO)为原材料通过一步自组装化学还原法制得三维石墨烯水凝胶(GH)，在60℃条件下，控制还原剂水合肼的量制得不同

2、还原程度的石墨烯，对所得产物的比表面积、混乱程度、褶皱程度和含氧官能团等因素系统分析，发现石墨烯片层上含氧官能团的含量是影响GH电化学性能的主要因素，当加入53ul的水合肼，以1moULH2S04水溶液为电解液，在两电极体系下恒电流充放电电流密度为1A／g时，得到最大的比电容195r／g。基于上述结果，为探讨不同分散液对所得产物电化学性能的影响，分别采用了水和乙醇为分散液，获得了凝胶体系，控制水合肼的量制得不同还原程度的石墨烯，并对所得产物的电化学性能进行测试，结果表明，随着还原剂量的改变，在两种体系下的电化学性能有着相同的规律，在水体系下可获得更好的电化学性能。此外，为探

3、讨GH作为载体与Mn02复合所得的复合材料的电化学性能，通过一种简单的氧化还原反应法制备了GH．Mn02的复合水凝胶材料，利用KMn04与GH片层表面上的碳原子发生原位反应，使得生成的Mn02纳米粒子填充于三维的GH网孔中。结果表明，常温下KMn04浓度为O．1moUL，反应时间为4h，所得GH．Mn02复合材料表现出了较高的比电容、优良的循环性能和倍率特性。在两电极体系中，在以6mol／LKOH为电解液，电流密度为0．2A／g的条件下通过恒电流充放电测试得到比电容值为254F／g，并且在恒电流充放电循环1000次后还能保持80．3％的比电容，此复合材料作为超级电容器电极材

4、料具有潜在的应用价值。关键词：超级电容器，石墨烯，水合肼，水凝胶，二氧化锰，电化学性能Abstract硕士论文Supercapacitorshavebeenrecognizedasauniquekindofenergystoragedeviceswhichexhibithighpowerdensity,longcyclelife，andfastcharging／dischargingrate，havingattractedenormousattentionallovertheworldduetotheincreasingdemandofpowersystemsinstant

5、aneouslydeliveringconsiderableenergy．Inrecentyears，mostresearchinthisareahasbeenfocusedonthedevelopmentofdifferentelectrodematerialssuchasvariousformsofcarbon,andtransitionmetaloxides．Graphene，withitsoutstandingpropertiesincludingahightheoreticalsurfaceareaofover2600m2／g，goodelectricalcond

6、uctivity，thermalstability，chemicaltoleranceandabroadelectrochemicalwindow，canbeconsideredasanidealcandidateforelectricdouble-layercapacitor(EDLC)electrodematerials．Inthisdissertation，athree．dimentional(3D)self-assembledgraphenehydrogel(GH)waspreparedviaaone-stepchemicalreductionat60。Cusing

7、grapheneoxide(GO)dispersionasthestartingmaterials．DifferentreductiondegreeofGHwereobtainedbycontrollingtheamountofthehydrazinehydrate．Theeffectsofthespecificsurfacearea，disorder,wrinkliIlgdegreeandoxygen-containingfunctionalgroupsonelectrochemicalpropertieshav