活性炭與MXene材料的制備與表征.pdf

1、近年來，電動汽車的興起，以及對周期性產(chǎn)生的清潔能源的開發(fā)(如太陽能、水能、風能、潮汐能)，提高了我們對能源存儲設(shè)備的需求。在所有的儲能設(shè)備中，超級電容器以及鋰離子電池都具有良好的發(fā)展前景。但是在實踐中，以炭材料為電極的超級電容器盡管具有極其優(yōu)異的循環(huán)性能以及倍率性能，但是其能量密度小，只能應用于一些可以允許裝置進行頻繁充放電的領(lǐng)域。而以MXene材料為電極的鋰離子電池雖然具有較好的倍率性能，但是其質(zhì)量比容量較小，難以滿足人們對儲能裝置的

2、需求。因此，本文從制備高比電容的超級電容器電極材料，以及高鋰電容量的MXene基電極材料這兩方面開展工作。論文的主要研究方法與結(jié)果如下：
　　(1)利用海藻酸鈉為碳源，以化學活化法，通過調(diào)整燒結(jié)溫度及NaOH活化劑的用量制備出不同的活性炭材料。通過結(jié)構(gòu)與電化學表征發(fā)現(xiàn)在水系電解液中，活性炭的電化學性能主要受材料的比表面積控制。此外，活性炭的氧含量可以有效降低材料的疏水性，提高其性能，但是過高的氧含量也會對材料導電性、倍率性能帶來不

3、利的影響。
　　(2)以剝離得到的MXene分散液與氧化石墨烯分散液為原料，通過水熱法，制備了MXene與三維石墨烯的復合物。對水熱產(chǎn)物進行了結(jié)構(gòu)表征之后發(fā)現(xiàn)前軀體中的MXene材料在水熱過程中被氧化，在生成的三維石墨烯表面形成了鈦氧化物。這些產(chǎn)生的鈦氧化物在樣品干燥的過程中有效抑制了材料孔道的坍塌，從而使得到的產(chǎn)物在干燥之后仍能保持良好的性能。而針對未干燥的樣品進行測試后發(fā)現(xiàn)，這些鈦氧化物的存在能夠有效的提高材料的還原程度，進而

4、提高材料的倍率性能。
　　(3)以剝離得到的MXene分散液與溶劑法制備的錳氧化物為原料，通過冷淬法制備了MXene與氧化錳的復合物。通過對產(chǎn)物的形貌表征，發(fā)現(xiàn)通過調(diào)整前軀體的pH可以可控的制備MXene納米卷(MNS)。通過對比錳氧化物與MXene以及MNS的復合物的電化學性能發(fā)現(xiàn)，MNS與錳氧化物的復合材料具有更優(yōu)異的循環(huán)性能。接著，將復合材料在不同溫度下退火，以研究MNS對錳氧化物的還原性以及產(chǎn)物中物相、價態(tài)變化對材料儲鋰性