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聚合物碳纳米复合材料及在能源材料技术领域的应用

耿建新  
【摘要】:近年来,随着便携式电子设备和电动汽车产业的发展,对能源材料技术的需求越来越迫切。设计和创新有机聚合物复合材料是发展新能源材料的有效途径。碳纳米材料(包括石墨烯和碳纳米管)的独特结构和优异的理化性质使得其在复合材料功能性设计方面具有突出优势,成为能量存储与转换器件的最理想电极材料。我们围绕聚合物碳纳米复合材料的结构设计和能量存储及转换器件制备开展研究工作。制备了石墨烯二维多孔薄膜和三维多孔结构,通过在孔结构中负载赝电容材料(包括TiO_2和共轭聚合物),提高了复合材料作为超级电容器电极的比电容。提出了在三维石墨化碳(3D PGC)的孔结构中原位负载硫纳米颗粒的新方法,通过形成碳硫键,显著提高了复合材料(3D S@PGC)作为锂硫电池正极材料的容量密度(2 C时,达到1106 mA hg~(-1))和循环稳定性(经1000次充放电,平均每次循环的容量衰减仅为0.039%)。揭示了复合材料结构与器件性能间的关系。

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