柔性階層多孔石墨烯複合膜的製備及電容性能研究

《柔性階層多孔石墨烯複合膜的製備及電容性能研究》是依託山西大學，由常雲珍擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：柔性階層多孔石墨烯複合膜的製備及電容性能研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：常雲珍
• 依託單位：山西大學

項目摘要

柔性階層多孔石墨烯複合膜在電化學電容器儲能領域中有重要的套用價值。本項目以氧化石墨烯為原料，鄰苯二胺、間苯二胺、乙二胺等多胺分子為凝固劑，尿素為多孔模板，通過組裝法製備柔性階層多孔石墨烯膜。採用化學或電化學方法將電活性過渡金屬氧化物沉積到石墨烯膜，製備柔性階層多孔石墨烯複合膜，實現電活性物質和石墨烯微結構的多尺度複合。利用石墨烯導電性高和比表面積大的特點，增加對電活性物質的有效利用。階層多孔結構解決電解質離子擴散距離和傳遞電阻大，電解質離子易接觸比表面積小的問題，改善柔性複合膜的速率性能。通過研究各組分的組成、比例、複合膜孔隙結構對電容性能的影響，闡明柔性階層多孔石墨烯複合膜微觀結構與其電容性能的關係。該項目的設立將為設計與合成柔性複合電極材料奠定一定的基礎。

結題摘要

分別以甲醛、甲酸為還原劑，用氣相反應和液相反應還原氧化石墨烯(GO)，詳細研究了還原條件對氧化石墨烯還原程度的影響；通過對氨基苯磺酸重氮鹽功能化氧化石墨烯製備的磺酸功能化的石墨烯（S-rGO）具有良好的水溶性，其的比電容值能達到205 F g-1；以氧化石墨烯為原料，對苯二胺為凝固劑，尿素為多孔模板，結合低溫自組裝、冷凍乾燥法製備柔性多孔石墨烯膜（PUGF），在1 mV S-1的掃速下，PUGF比電容可高達430 F g-1。以棉花為原料得到的活性炭與氧化石墨烯複合製備柔性無粘合劑石墨烯複合膜其質量比電容可達202 F g-1；採用濃硫酸純化緻密石墨烯膜製備了密度高（2.04 g cm-3），體積比電容大（494.3 F cm-3）的柔性石墨烯膜；通過濃硫酸純化提高N摻雜石墨烯水凝膠的電容性能；結合低溫自組裝法製備金線/還原氧化石墨烯（WAu@rGO）柔性複合纖維，當掃描速度為1 mV s-1時，WAu@rGO纖維的長度和質量比電容分別可達5.47 mF cm-1和176.7 F g-1; 在NaH2PO2與氧化石墨烯水熱反應過程中，通過改變NaH2PO2濃度可以有效調控石墨烯水凝膠的微結構和電容性質；分別用(鄰、間、對)苯二酚水熱還原氧化石墨烯，調控石墨烯水凝膠的結構與性能，最佳條件對應的石墨烯水凝膠電極o-rGOHG80，p-rGOHG40和m-rGOHG40 在1 mV s−1時的比電容值分別為253, 240和238 F g−1；以玉米桿芯為原料製備的多孔碳（PCM）在掃描速率為1 mV s−1時，最佳條件下PCM-T800的電容器比電容高達317 F g−1；結合滴塗法和原位聚合法製備的聚吡咯/(聚乙烯/聚丙烯)柔性複合膜，以其為電極材料，H3PO4/ PVA為凝膠電解質組裝的固體電容器具有較好的柔韌性（2，000次反覆彎曲後，電容保持率可達90.0%，3，000次後可保持81.3%）。