【摘 要】
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全球人口和经济的快速增长造就了可再生能源的短缺和环境破坏,因此开发高效、稳定、环保的储能设备迫在眉睫。因循环寿命长,功率密度高等一系列优点的超级电容器（SCs）,正在成为目前市场上储能设备的新起之秀。但是超级电容器具有低能量密度的缺点,与电池相比还有很大的差距,大多无法应用于实际。因此提高能量密度是目前超级电容器函待解决的难题。然而,目前大部分能量密度高的电极材料均是在低质量负载量下测试得到的,无
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全球人口和经济的快速增长造就了可再生能源的短缺和环境破坏,因此开发高效、稳定、环保的储能设备迫在眉睫。因循环寿命长,功率密度高等一系列优点的超级电容器（SCs）,正在成为目前市场上储能设备的新起之秀。但是超级电容器具有低能量密度的缺点,与电池相比还有很大的差距,大多无法应用于实际。因此提高能量密度是目前超级电容器函待解决的难题。然而,目前大部分能量密度高的电极材料均是在低质量负载量下测试得到的,无法达到商业应用标准。本论文将从以下两个工作进行开展,具体研究内容如下:（1）通过鱼腥草（HC）制备分级多孔碳材料并通过改变HC与K2C2O4的质量比调控孔隙比例,制备了一系列HC-x,并对其进行一系列的表征和性能测试;其中,HC-2.5的形貌表现为三维蜂窝状网络结构,比表面积为1498 m~2 g-1,质量比电容最高可达到410 F g-1。同时,对HC-2.5材料进行循环稳定性测试,10000圈后,材料电容增加至110%。（2）二维MXene因具备优异的金属电导率和表面可调、亲水的官能团,是超级电容器极具应用前景的电极材料。然而,MXene容易发生自堆叠效应,继而影响到材料利用率。三维MXene结构是目前解决材料堆叠问题的有效办法,但是MXene的刚性问题使其循环寿命极短。在本次工作中,我们以GO作为凝胶剂和保护伞通过组装法来制备三维MXene-r GO-Ru O2结构。通过调控Ru3+浸泡液浓度,制备了一系列MXene-r GO-Ru O2-x。当质量负载量为12 mg cm-2时,所制备的MXene-r GO-Ru O2-4电极,质量和体积比电容分别可达599 F g-1,1198 F cm-3,并且在11000次循环次数下,电容值仍有95%的保留,这表明三维MXene-r GO-Ru O2结构具有极其稳定的离子传输通道。当MXene-r GO-Ru O2电极质量负载量增加到48 mg cm-2时,质量比电容和体积比电容分别为507 F g-1、1014 F cm-3。此外,电极材料还具有极好的倍率性能。将MXene-r GO-Ru O2组装成对称超级电容器,该储能装置具有极其稳定的能量密度。随着功率密度从0.7 W cm-3增加到4.6 W cm-3,能量密度仅为21.7 m Wh cm-3减小到21.3 m Wh cm-3,并在点灯实验中持续点亮小灯泡几分钟。该工作为制备其他高质量负载量的电极材料提供了研究思路。
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