《石墨烯/聚偏氟乙烯高性能儲能材料自組裝構築與套用》是依託北京科技大學，由王東瑞擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：石墨烯/聚偏氟乙烯高性能儲能材料自組裝構築與套用
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：王東瑞
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
電化學電容器作為新一代儲能元件，在未來的電能儲存、電動汽車電源、積體電路等領域具有光明的套用前景。設計並開發成本低廉、性能優異、安全可靠的電化學電容器電極材料具有重要的科學意義和實用價值。石墨烯由於其優良的導電性能和大的比表面積，很可能是用來製備高性能電化學電容器電極的理想材料。本項目擬合成表面帶有可電離基團的石墨烯及側連結枝聚電解質的聚偏氟乙烯，基於靜電吸附逐層自組裝原理，探索工業上可行的製備微觀結構可控的石墨烯/聚偏氟乙烯自組裝膜新方法，並考察這種自組裝膜作為電化學電容器電極材料的性能。通過對材料製備、自組裝過程、自組裝膜結構與性能方面的系統研究，建立起材料性質、自組裝過程與條件、自組裝膜微觀結構、電極性能之間的理論關係。並期望最終通過最佳化條件，得到一類新的比電容不低於200 F/g的實用型高性能電化學儲能材料。
結題摘要
項目研究內容主要圍繞三方面展開： （一）石墨烯與聚合物電解質層層組裝膜的製備與電化學儲能性能研究：以聚偏氟乙烯（PVDF）為基礎、製備了一類側連結枝聚陽離子的接枝共聚物（PVDF-g-QP4VP），再通過靜電逐層自組裝、原位還原製備了石墨烯與PVDF-g-QP4VP交替層疊的超薄膜（rGO/PVDF-g-QP4VP），最佳化rGO與聚合物結構、自組裝過程條件、原位還原條件，得到比電容達153F/g的超級電容薄膜電極；採取真空抽濾輔助自組裝的辦法，製備了以聚陽離子為間隔層的rGO電極，考察了聚陽離子類型、用量對成膜時間、薄膜層狀結構的影響，並進一步研究了石墨烯結構及性質（面積厚度比、化學還原程度等）、所得雜化薄膜層狀結構（石墨烯層間距）等因素對於薄膜電化學儲能性能的影響。最佳化條件，得到了一種比電容可達157 F/g的石墨烯基自組裝柔性薄膜電極。 （二）石墨烯/聚合物納米複合電介質材料製備及儲能性能研究：製備了表面共價接枝聚乙烯醇的石墨烯（rGO-PVA），並以rGO-PVA為填充物、PVDF為基體，製備得到rGO-PVA/PVDF納米複合材料。發現表面接枝PVA可有效防止rGO在PVDF基體中的聚集，抑制rGO納米片間的電荷隧穿，提升材料介電性能。rGO-PVA/PVDF納米複合材料的滲流閾值為2.24 vol%，在滲流閾值附近時，介電常數可達230（100 Hz），損耗因子為0.5 (100 Hz)。表面改性石墨烯(fRGO)與鈦酸鋇納米顆粒(BT)共填充至PVDF中，研究該複合體系的介電性能，發現材料表現出較高的介電常數和較低的介電損耗，在1 MHz下介電常數可高達65，同時介電損耗正切僅為0.35，並且介電性能的溫度依賴性較小，在高儲能密度柔性電容器等方面具有很高的套用價值。 （三）石墨烯/聚烯烴納米複合材料製備及性能研究：發展了一種熔融共混過程中氧化石墨烯原位熱還原的辦法，可高效、宏量地製備石墨烯分散較均勻的聚合物基納米複合材料。製備得到表面共價接枝聚丙烯（PP）的石墨烯PP-g-rGO。以此雜化材料為增容劑增容聚丙烯/聚苯乙烯（PP/PS）共混物，可有效提升材料力學性能。 基於上述研究成果已發表SCI收錄論文11篇。有兩項專利、三篇研究論文正在審理。
