【摘 要】
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可穿戴和便携式电子设备以及新能源汽车的发展极大的刺激了电化学装置的发展。尤其是在蓬勃发展的新能源汽车领域,更长里程、更高充电效率、更长使用寿命的用户体验要求电化
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可穿戴和便携式电子设备以及新能源汽车的发展极大的刺激了电化学装置的发展。尤其是在蓬勃发展的新能源汽车领域,更长里程、更高充电效率、更长使用寿命的用户体验要求电化学装置拥有更出色的储存和转换效率。鉴于电极材料是储能器件的关键环节,设计出新颖优越的电极材料一直是科研工作者的兴趣所在。本征石墨烯片层的堆叠严重削弱了其良好导电率、化学和热稳定性、超高比表面积的优秀特点,极大地打击了石墨烯的研发和应用。本文采用水热法,将氧化石墨烯组装成三维多孔石墨烯气凝胶的同时,利用水溶性的试剂将杂原子均匀的引入到石墨烯片层上,实现掺杂以达到提高其电化学性能的目的。1.以甲酰胺溶液为掺氮剂,水热条件下形成氮掺杂石墨烯水凝胶,冷冻干燥后炭化获得其气凝胶(NGAs)。调整甲酰胺与氧化石墨烯溶液的体积比获得不同掺氮量和孔洞结构的材料。以NGAs为活性物质组装成锂离子负极半电池并借助多种手段探究其性能表现。分析表明,NGAs-2具有更高的比容量(0.1 A g-1时初始放电比容量达到1653.5 mAh g-1,即使经过100个循环,其可逆比容量仍能达到534.8 mAhg-1)、良好的倍率性能(5.0 A g-1时为144.4 mAhg-1)以及优秀的循环性能(5.0 Ag-1下循环5000次,容量保持率为114.0%)。为了研究其水系电容器的性能表现,将其作为对称式超级电容器的电极材料。分析表明,NGAs-1具有更高的比容量(0.1 A g-1时达到239.8 F g-1)。此外,NGAs-1拥有更加优越的倍率性能(10.0 A g-1时比容量仍有90.0 F g-1)以及更长的循环寿命(10.0 A g-1下循环5000次容量保持率为83.7%)。2.以氟硼酸铵为掺杂剂,借助水热法制备了氮、氟、硼三元共掺杂的石墨烯水凝胶,冷冻干燥后炭化制备了其气凝胶(TGAs)。调整氟硼酸铵和氧化石墨烯的质量比获得不同掺杂种类、掺杂水平以及孔洞结构的材料。以TGAs为活性物质组装成锂离子负极半电池并借助多种手段探究其性能表现。实验结果表明,TGAs-15表现出最高的初始放电比容量(0.1 Ag-1时达到1100.0 mAhg-1),经过200个循环后仍能保留511.7 mAhg-1,并仍旧保持上升的趋势。倍率测试表明,5.0Ag-1时比容量仍有200.0 mAhg-1。循环测试表明,其比容量持续增长,5.0A g-1下3000次循环后,达到419.8mAhg-1,相比于初始增长了 218.0.0%。
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