石墨烯在离子液体电解液中电化学性能的研究

【摘要】随着全球环境不断的恶化和化石燃料的大量消耗,人们对于绿色、可持续、高性能的储能器件越来越关注。基于充放电速度快、功率密度高、循环寿命长和安全环保等一系列的优点,超级电容器目前得到了广泛的运用。石墨烯是一种由碳原子通过SP2杂化得到的二维平面结构。由于石墨烯具有优越的导电性,高比表面积和极佳的力学性能,因此石墨烯被认为是一种非常理想的电极材料。此外,电解液也是超级电容器的一个重要组成部分。近年来,离子液体作为一种新型的电解液,已经开始取代传统水系和有机体系的电解液,这是因为离子液体具有宽的工作电压,不挥发,不易燃,稳定性高的特点。首先我们在改进Hummers法的基础上进行了优化,制备了高质量的石墨烯。根据SEM和BET的表征发现,石墨烯被有效的剥离成了很薄的片层,并且呈现出介孔结构。我们以石墨烯作为电极,以离子液体作为电解液组装成扣式的超级电容器,系统的研究了石墨烯在具有不同官能团的离子液体电解液中的电化学性能。结合得到数据,通过建模的方法发现：离子液体的粘度,离子半径和分子量大小会对石墨烯超级电容器的电化学电容性能产生很大的影响。通过选择合适的官能团,可以使离子液体电解液呈现不同的特性,从而获得高性能的石墨烯离子液体超级电容器。其次,我们制备了固态离子液体凝胶电解质,发现这种凝胶电解质具有高的透光性和优越的力学性能。此外,石墨烯电极和这种离子液体凝胶电解质具有很好的搭配性。因此,我们通过真空抽滤-剥膜的方法,在柔性的PET基底上沉积了石墨烯透明导电薄膜。然后以石墨烯薄膜作为电极,以离子液体凝胶为电解质,构建出一种新型的全固态、柔性、透明的超级电容器,通过测试发现：这种全固态超级电容器不仅可以透光,可以弯折,并且具有较好的电化学性能,最大工作电压可以超过2.5V,电容可以到达30uF/cm,更重要的是在弯曲的条件下也可以正常的工作。最后,我们通过电弧放电法快速的制备了导电率高、结晶性好、稳定性极佳的石墨烯纳米片。随之,我们将所制备的石墨烯纳米片作为导电添加剂加入到离子液体聚合物凝胶中,得到了一种高电导率的凝胶电解质。结果表明,这种改性的电解质具有非常好的热稳定性(>400℃)和宽的工作电压(>3V),然后以它作为电解质组装成了全固态超级电容器,发现比未改性的电解质具有更好的电化学性能,特别是具有更小的电阻,更高的比电容和更好的倍率,循环性能。
【作者】施敏杰；
【导师】寇生中；
【作者基本信息】兰州理工大学，材料学，2014，硕士
【关键词】石墨烯；离子液体；超级电容器；机理；全固态；凝胶电解质；

【参考文献】
[1]王帅.股—腘动脉硬化闭塞症血管旁路术及腔内介入治疗的疗效观察[D].吉林大学,临床医学,2013,硕士.
[2]杜雨桐.中华文化在韩国中学传播方法研究[D].沈阳师范大学,汉语国际教育,2013,硕士.
[3]俞倩茹.水稻9311苗期耐逆突变体的筛选和生理指标鉴定[D].浙江大学,作物遗传育种,2012,硕士.
[4]石洁.基于复式晶格THz双波长滤波器的设计与性能分析[D].南京邮电大学,光学工程,2013,硕士.
[5]杨晔.戈多夫斯基三首改编练习曲《Op.23》、《Op.24》、《Op.25》演奏分析[D].东北师范大学,音乐学,2012,硕士.
[6]姜波.基于神经网络的人民币识别系统研究[D].西安理工大学,信号与信息处理,2004,硕士.
[7]孟令威.EGSB反应器处理含阿莫西林抗生素废水研究[D].哈尔滨工业大学,市政工程,2013,硕士.
[8]孟德柱.基于3G平台的移动英语学习系统设计[D].电子科技大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[9]于艳敏.石墨改性方法及其表面修饰对电化学储氢性能的影响[D].天津大学,2012.
[10]李二要.方形单肢及方形和矩形双肢钢管混凝土桥墩的稳定性研究[D].南京理工大学,建筑与土木工程,2013,硕士.
[11]杨艳春.肾炎止血丸治疗气阴两虚型隐匿性肾小球肾炎尿血的临床研究[D].黑龙江省中医药科学院,中医内科学,2013,硕士.
[12]谢春红.欠发达地区创建学习型城镇的可行性研究[D].广西大学,科学技术哲学,2004,硕士.
[13]蒋天容.基于乘坐体验的地铁车厢内部装饰设计研究[D].西南交通大学,设计艺术学,2013,硕士.
[14]张美芝.拉萨市藏族儿童青少年体成分现状研究[D].辽宁医学院,人体解剖与组织胚胎学,2012,硕士.
[15]刘莉.AZ91D镁合金微弧氧化复合工艺及膜层组织与性能研究[D].江苏科技大学,材料加工工程,2014,硕士.
[16]王芳.不同类型高校大学生的学习收获研究[D].厦门大学,教育经济与管理,2014,硕士.
[17]张伟豪.探析高校“考证族”[D].中央民族大学,人类学,2004,硕士.
[18]滕富荣.邮件驱动的业务流程管理系统研究[D].复旦大学,软件工程,2012,硕士.
[19]李秀明.高中文言文自主高效课堂的构建和实践[D].赣南师范学院,学科教学（专业学位）,2014,硕士.
[20]周迎年.夏比冲击试样重构技术基础研究[D].华东理工大学,安全技术及工程,2014,硕士.
[21]冯丹.有序介孔薄膜材料的合成、性质与应用[D].复旦大学,无机化学,2012,博士.
[22]孙兰芳,姜璐.系统生物学:系统科学与生物体系统[J].系统工程理论与实践,2005,10:67-72.
[23]张小燕.基于不完全合约的民间借贷利率决定机制研究—温州案例[D].浙江工商大学,金融学,2013,硕士.
[24]王璐.戊戌时期士大夫集团的农业观[D].吉林大学,中国近现代史,2013,硕士.
[25]过跃娟.基于合作学习理论的小学班级管理模式研究[D].杭州师范大学,教育管理（专业学位）,2011,硕士.
[26]李可佳.村镇银行差异化监管制度研究[D].西南财经大学,金融学,2014,博士.
[27]王学宾.基于ARM的嵌入式图像处理技术的研究[D].河北工业大学,微电子学与固体电子学,2013,硕士.
[28]高姗姗.国有企业集团内服务型公司的绩效考核问题及对策[D].上海外国语大学,工商管理,2012,硕士.
[29]靖婷婷.基于情境创设的小学《品德与社会》课程信息化教学设计实践研究[D].山东师范大学,教育技术学,2013,硕士.
[30]余政.基于超声波路径的椭圆交集定位算法研究[D].浙江工商大学,计算机软件与理论,2013,硕士.
[31]姜海.人际模式团体心理辅导对大学生人际关系困扰改善的实验研究[D].山西师范大学,基础心理学,2013,硕士.
[32]付欢.数码艺术设计中书法美学的传承和重构[D].湖南师范大学,设计艺术学,2014,硕士.
[33]陈志强,杨永标,朱金大,刘韶华.新型电力需求侧管理终端的研制[J].电力系统自动化,2009,13:104-107.
[34]侯睿.基于飞控系统的直接自修复控制方法研究[D].南京航空航天大学,检测技术与自动化装置,2013,硕士.
[35]郝四平.覆盖黑色地膜对花生生长发育及产量的效应研究[D].河南农业大学,作物栽培学与耕作学,2004,硕士.
[36]张静.微小隐孢子虫部分含TSP1结构域蛋白对上皮细胞的粘附特性研究[D].吉林大学,预防兽医学,2013,硕士.
[37]莫丽华.基于B/S模式的广西公共卫生应急管理指挥系统的设计与研究[D].广西医科大学,社会医学与卫生事业管理,2013,硕士.
[38]姚帆.经济型连锁经营酒店的CRM模式分析[D].吉林大学,项目管理,2013,硕士.
[39]孙璐瑶.慢性阻塞性肺疾病脂质代谢异常的临床探讨[D].吉林大学,临床医学,2013,硕士.
[40]石勇.用知识创新技术[J].中国高新区,2002,01:37-38.
[41]马琳.美国能源之星计划推动电脑业绿色革命[J].国际技术经济研究学报.1993(04)
[42]蔡青青.尤苔莎的悲剧源于社会规训[D].四川外国语大学,英语语言文学,2014,硕士.
[43]焦玥.时尚流行的传播机制与大众接受的文化批判[D].四川外国语大学,文艺学,2014,硕士.
[44]澳莉（StekachevaOlga）.People’s Attitude on Simplified and Traditional Chinese Characters[D].复旦大学,中国语言与文化,2012,硕士.
[45]刘志平.广告语中语音隐喻的认知阐释[D].山西师范大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[46]商微微.基于压缩感知的医学图像测量矩阵及重构算法研究[D].吉林大学,控制工程,2014,硕士.
[47]杨宪平.Fatalistic Perspective:a Study of Tess of the D’ Urbervilles[D].西北大学,英语语言文学（专业学位）,2012,硕士.
[48]江亚男.考虑接触线不平顺的弓网系统动力学研究[D].西南交通大学,载运工具运用工程,2014,硕士.
[49]张荔函.动车组机械师不安全行为影响因素及其路径研究[D].北京交通大学,2014.
[50]巴晶,曹宏,姚逢昌,孔丽云,首皓,刘炯,杨慧珠.利用错格虚谱法模拟礁、滩相储层地震波场[J].石油地球物理勘探,2010,02:177-184+320+155-156.