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层状Ppy/CRGO纳米复合材料的制备及其在超级电容器中的应用

作　者: 许思哲
导　师: 郭守武
学　校: 上海交通大学
专　业: 材料学
关键词: 氧化石墨烯 化学还原石墨烯 聚吡咯 复合材料 超级电容
分类号: TM53
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


论文通过将吡咯单体在低温下与氧化石墨烯进行原位聚合,获得聚吡咯/石墨烯(PPY/CRGO)复合材料。采用场发射扫描电子显微(FESEM)、傅里叶变换红外(FT-IR)和热重(TGA)技术对所合成的复合材料形貌、结构进行了表征。FESEM结果表明,通过控制氧化石墨烯(GO)和吡咯单体的质量比例,可以对复合材料的层状结构和厚度进行调控。FT-IR和TGA结果表明聚吡咯(PPY)是通过化学键合的方式与氧化石墨烯复合在一起。通过机械冷压法将粉末状PPY/CRGO复合材料压成圆片电极,并探讨了石墨烯和聚吡咯复合比例、反应时间、烘干温度、孔隙率等因素对PPY /CRGO复合材料电极的电学和电化学性能的影响。结果表明,PPY与CRGO质量比为10:1所制得的PPY/CRGO复合材料的电容量为421 F/g,通过在电极中引入孔隙,电容量能进一步提升到509 F/g。基于本研究所得的片状PPY /CRGO复合材料有着优异的电学和电化学性能,我们认为PPY /CRGO复合材料有望在超级电容器中得到应用。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章 绪论  9-26
  1.1 引言  9
  1.2 超级电容器的概述  9-14
    1.2.1 超级电容器与电池、传统电容器的区别  10-14
  1.3 超级电容器的分类  14-21
    1.3.1 双电层电容器及其工作原理  14-15
    1.3.2 赝电容电容器及其工作原理  15
    1.3.3 超级电容器电化学性能测试  15-16
    1.3.4 循环伏安（Cyclic Voltammetry）  16-18
    1.3.5 恒电流充放电（Galvanostatic Charge-discharge）  18-19
    1.3.6 交流阻抗(Electrochemical Impedance Spectroscopy)  19-21
  1.4 超级电容器电极材料研究现状  21-23
    1.4.1 碳材料  22-23
    1.4.2 导电高分子  23
  1.5 超级电容器集流体的使用现状  23-24
  1.6 研究目的与意义  24-26
第二章 实验原料及仪器  26-31
  2.1 实验原料  26-27
  2.2 实验设备与参数  27-31
    2.2.1 场发射扫描电子显微镜（FESEM）  27
    2.2.2 傅里叶变换红外光谱（FT-IR）  27
    2.2.3 热重分析（TGA）和差热分析（DTA）  27-28
    2.2.4 电导率测试  28-29
    2.2.5 电化学性能测试  29-30
    2.2.6 其他仪器设备  30-31
第三章 PPY/CRGO 复合材料的制备  31-45
  3.1 PPY/CRGO 的制备  31
  3.2 PPY/CRGO 的物理性能研究  31-38
    3.2.1 PPY/CRGO 的形貌（SEM）  31-34
    3.2.2 PPY/CRGO 的FT-IR 分析  34-35
    3.2.3 PPY/CRGO 的TGA 分析  35-37
    3.2.4 PPY/CRGO 的电导率分析  37-38
  3.3 PPY/CRGO 的复合机理  38-40
  3.4 PPY/CRGO 的制备工艺优化  40-43
    3.4.1 反应时间  41-43
    3.4.2 烘干温度  43
  3.5 本章小结  43-45
第四章 基于PPY/CRGO 的超级电容器的研究  45-54
  4.1 PPY/CRGO 电极的制备  45-46
  4.2 PPY/CRGO 电极的循环伏安  46-49
    4.2.1 电解液选择  46-47
    4.2.2 扫描电压范围的选择  47-48
    4.2.3 扫描速率选择  48-49
  4.3 PPY/CRGO 电极的恒电流充放电性质  49-50
  4.4 PPY/CRGO 电极的交流阻抗  50-51
  4.5 PPY/CRGO 电极的循环稳定性  51-52
  4.6 本章小结  52-54
第五章 基于多孔PPY/CRGO 的超级电容器的研究  54-64
  5.1 多孔PPY/CRGO 电极的制备  54-56
    5.1.1 KCl 填料  54-55
    5.1.2 CaC0_3 填料  55-56
  5.2 多孔PPY/CRGO 电极的循环伏安特性  56-58
  5.3 多孔PPY/CRGO 电极的恒电流充放电特性  58-60
  5.4 多孔PPY/CRGO 电极的交流阻抗  60-61
  5.5 多孔PPY/CRGO 电极的能量密度与功率密度  61
  5.6 多孔PPY/CRGO 电极的循环稳定性  61-62
  5.7 本章小结  62-64
第六章 结论与展望  64-67
  6.1 结论  64-65
  6.2 展望  65-67
参考文献  67-71
致谢  71-72
攻读硕士学位期间发表的论文  72-74

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