石墨烯和镍铁双金属氢氧化物的制备与电化学性能研究

摘要：随着混合电动汽车的发展以及市场对便携式电子设备需求的不断增加,对电源的要求也越来越高。传统电池虽具有较高能量密度,但使用寿命和功率密度已不能满足现在的全部需求。在这种背景下,对新型低成本、环境友好且高性能能量储存器件的需求与日俱增,因此,具有高功率密度的超级电容器材料和高倍率电池材料成为近年来的研究热点。石墨烯因导电率高、理论比表面积大、柔性好和机械性质优良等特点,被认为是一种优良的柔性超级电容器电极材料。双金属氢氧化物可以发生法拉第反应(氧化还原反应)提供较高的能量密度,被认为是一种优良的高倍率电池正极材料。本论文的研究内容主要分为以下几个部分： (1)采用电化学法,以1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐(BMIMHSO4)质子型离子液体(PIL)为电解质,同时获得高度膨胀的阴极石墨和充分氧化的阳极石墨。然后,将其分别转入上述离子液体中进行机械研磨,成功制备阴极石墨烯片(CFLGs)和阳极石墨烯片(AFLGs)。特别的是,从阴极制得的石墨烯有缺陷治愈现象。从耐用性来看,缺陷更低导电性更高的CFLGs能更高效的应用于电化学能量储存装置。 (2)采用球磨法,在非离子型工业表面活性剂——萘酚聚氧乙烯醚的辅助下批量制备石墨烯水溶液。此种表面活性剂易用乙醇去除以获得高质量石墨烯片。制得的石墨烯纸柔性电极表现出突出的高倍率充放电性能,在电流密度为10A·g-1下,高倍率比容量为96F-g-’,经过10,000次充放电循环石墨烯电极仍能保持初始容量的98%。 (3)采用一步水热法合成三维花状HT-LDH/CB复合物。单纯的Ni-Fe LDH拥有高比容量但是循环寿命不长,循环150圈后容量就下降30%。而HT-LDH/CB复合物的三维传导网络使其展现了在10A.g-1电流密度下高达86.11mAh·g-1的比容量和优异的循环寿命,在循环700圈后,比容量降为初始的70%。这些表明HT-LDH/CB复合物在高倍率镍电池正极材料的应用具有很好前景。