2023年全國(guó)碩士研究生考試考研英語(yǔ)一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁(yè)
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1、作為一種新型的儲(chǔ)能器件,超級(jí)電容器具有充放電速率快、功率密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全性能好等優(yōu)點(diǎn),因此在能源、交通運(yùn)輸、軍事和生物技術(shù)等方面都具有非常廣闊的應(yīng)用前景,引起了世界范圍內(nèi)的普遍關(guān)注。與現(xiàn)在應(yīng)用較廣泛的鋰硫電池和鉛酸電池相比,超級(jí)電容器的功率密度更高,循環(huán)穩(wěn)定性更好,但是其不足之處是能量密度較低,這限制了其在某些領(lǐng)域中的應(yīng)用。電極材料是超級(jí)電容器中最重要的組成部分,其性質(zhì)直接決定著超級(jí)電容器的性能,因此目前大量的研究主要集中在電極

2、材料上。超級(jí)電容器的電極材料主要包括碳材料、過渡金屬氧化物和導(dǎo)電聚合物等。目前,應(yīng)用最廣的為碳材料,同時(shí)也是最早被用來作為超級(jí)電容器的電極材料。
  石墨烯因其具有較高的比表面積,良好的導(dǎo)電性、熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是理想的超級(jí)電容器的電極材料。石墨烯氣凝膠(graphene aerogel,GA)是利用氫鍵、官能團(tuán)和共軛π鍵將二維的片層石墨烯自組裝成一種三維的石墨烯材料,能有效抑制石墨烯的團(tuán)聚,因此其應(yīng)用更為廣泛。本

3、文制備了一些雜原子共摻雜石墨烯凝膠并作為電極材料應(yīng)用于超級(jí)電容器中,主要研究?jī)?nèi)容如下:
  1.以氧化石墨烯(graphene oxide,GO)和具有還原性的離子液體為原料,通過控制反應(yīng)物的質(zhì)量比、反應(yīng)溫度及時(shí)間,制備出N/S共摻雜的石墨烯水凝膠材料,將其凍干后得到水凝膠(N/S-GA1)。將其應(yīng)用到雙電層超級(jí)電容器(EDLC)中,運(yùn)用多種電化學(xué)測(cè)試手段對(duì)其電化學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試,結(jié)果表明,當(dāng)電流密度為1A/g時(shí),比容量為182F/

4、g;當(dāng)電流密度為10A/g時(shí),比容量為127F/g。對(duì)應(yīng)的能量密度分別為99.9Wh/kg和62.3Wh/kg,展現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。
  2.將2-巰基-1-甲基咪唑作為還原劑和摻雜劑,與GO反應(yīng)制備出一系列N/S共摻雜石墨烯氣凝膠材料并將其作為超級(jí)電容器的電極材料,以比容量為判斷依據(jù),對(duì)反應(yīng)條件(時(shí)間、溫度、物料比)進(jìn)行優(yōu)化,從而選擇出最佳的反應(yīng)條件。將最優(yōu)條件下制備的N/S共摻雜石墨烯氣凝膠(N/S-GA2)作為超級(jí)電容器

5、的電極材料,對(duì)其組裝的超級(jí)電容器進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試,結(jié)果表明,當(dāng)電流密度為1A/g時(shí),比容量為212F/g,對(duì)應(yīng)的能量密度和功率密度分別為116.9Wh/kg和1.0kW/kg;當(dāng)電流密度為10A/g時(shí),比容量為162F/g,對(duì)應(yīng)的能量密度和功率密度分別為82.1Wh/kg和9.5kW/kg。和N/S-GA1相比,N/S-GA2展現(xiàn)出更好的電容特性。
  3.以無(wú)毒的2-巰基苯并咪唑與GO通過一步水熱法反應(yīng),在最佳反應(yīng)條件(200℃,

6、2-巰基苯并咪唑與GO的質(zhì)量比為2∶1)下制備出N/S共摻雜石墨烯氣凝膠材料(N/S-GA3)。將其作為超級(jí)電容器的電極材料,展現(xiàn)出較好的電化學(xué)性能。當(dāng)電流密度為1A/g時(shí),比容量為206F/g,對(duì)應(yīng)的能量密度和功率密度分別為104.7Wh/kg和1.0kW/kg。由于此方法中用到的原料無(wú)毒無(wú)害,以此材料作為雙電層超級(jí)電容器的電極材料符合綠色能源的理念,具有較大的應(yīng)用前景。
  本文中用三種不同的還原劑制備的N/S共摻雜石墨烯氣凝

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