论文部分内容阅读
随着能源危机与环境污染问题的日益加剧，新型绿色储能器件的研究成为新能源领域的研究热点。锂离子电池因具有高能量密度无污染等优点而得到重视，尤其在新能源汽车领域具有很大的发展潜力。另外超级电容器作为储能器件的一种，其高功率密度及低廉的价格也使之在诸多领域占据不可替代的位置。然而要满足日益增长的能源需求，储能器件仍面临着更多的挑战如能量密度、功率密度、使用寿命等有待提高。在影响储能器件性能的因素中，储能材料起着关键作用。因此研究兼具高能量密度与高功率密度的新型储能材料成为必然。石墨烯作为二维纳米材料因其具有优良的电子导电性、较宽的电化学窗口、高比表面积以及化学耐受性强等优点而有望成为未来的高性能储能材料。本论文通过原位水解及高温氮化的方法制得了石墨烯/氮化钛(G/TiN)复合材料，并利用X射线衍射仪(XRD)，X射线光电子能谱(XPS)，扫描电子显微镜(SEM)，透射电子显微镜(TEM)，电化学工作站以及充放电测试仪等诸多手段对材料的物理性质以及电化学储能性质进行了研究。
G/TiN复合材料用作锂离子电池负极材料在20 mA g-1的电流密度下，G/TiN电极的可逆容量达到646 mAh g-1且首次库伦效率得以提高至75%(作为对比的单纯石墨烯的首次库伦效率为52%)；相同倍率下经过200次循环后，容量仍保持在554 mAh g-1；当电流密度提高至2000 mA g-1时，其容量仍可发挥325 mAhg-1，表现出优异的倍率性能。同时对材料的低温性能进行了考察，-15℃下仍可发挥385 mAh g-1的容量(20 mA g-1)。
另外，本论文对G/TiN复合物用于锂离子电容器的储能性质进行了研究，并考察了不同氮化钛含量对材料性能的影响。结果表明，氮化钛含量对整体性能有所影响，通过比较不同含量的G/TiN复合材料可得当前驱体中钛酸四丁酯的加入量为2 ml时性能最优，经元素分析测得其C/TiN摩尔比为13.6%。当电流密度分别为0.1与4 A g-1时，该样品容量Cs分别达到560与132 F g-1左右：当功率密度为2274 W kg-1时，能量密度仍保留有59 Wh kg-1，远远高于目前常见超级电容器的能量密度(一般小于10 Wh kg-1)。