基于海藻纖維原料的能源材料的制備及結(jié)構(gòu)性能研究.pdf

1、豐富的海洋生物質(zhì)作為再生資源在能源材料方面的應(yīng)用越來越受到人們的關(guān)注。海藻酸鈉是一種水溶性天然聚合物，相鄰的兩個分子可以通過離子交換與多價金屬離子螯合形成“蛋-盒”結(jié)構(gòu)。海藻酸鈉可以作為一種碳基電極材料的無毒碳源材料應(yīng)用于儲能器件中。通過濕法紡絲和靜電紡絲將海藻酸鈉分別制備出微米級和納米級的海藻纖維。本文主要研究了通過對兩種海藻纖維的炭化，制備了四氧化三鈷/碳(Co3O4/C)微納米復(fù)合纖維(Co3O4-CF)和氮原子摻雜的多孔碳納米纖

2、維(N-PCNFs)，并對其作為鋰離子電池負(fù)極材料、超級電容器電極材料和燃料電池陰極催化劑時的性能做了相關(guān)測試。
　　首先，利用濕法紡絲和離子交換得到形貌均一的微米級海藻酸鈷纖維，通過高溫炭化和氧化制備出了Co3O4-CF。在此結(jié)構(gòu)中，C對Co3O4納米顆粒形成了良好的包覆，克服了C材料和Co3O4單獨作為鋰離子負(fù)極材料時的缺點。與制備類似復(fù)合材料的傳統(tǒng)方法相比，此方法簡單、無毒、無污染。Co3O4-CF作為鋰離子電池負(fù)極材料具有

3、高比容量(在電流密度為89 mA/g時比容量780 mAh/g)和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性(連續(xù)充放電100次后比容量保持不變)。
　　其次，利用靜電紡絲和離子交換制備了海藻酸鈷納米纖維，通過氨氣氛圍下的炭化和除去金屬鈷顆粒制備了N-PCNFs。其具有較大的比表面積、良好的導(dǎo)電性、多孔結(jié)構(gòu)和部分石墨化等特點。這些特點使其作為能源材料時具有較快的電子傳輸速率和有效的電解液擴(kuò)散等特點，可以作為高性能的多功能能源材料應(yīng)用于鋰離子電池、超級電容器

4、和燃料電池中。其中，氨氣氛圍下600℃炭化制備的樣品(N-PCNFs-600)具有最好的電化學(xué)性能。其作為鋰離子電池負(fù)極材料時，N-PCNFs-600具有高比容量、優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。其在電流密度1 A/g下連續(xù)充放電300次以后比容量達(dá)到625 mAh/g，在電流密度高達(dá)20 A/g下，比容量還能維持在175 mAh/g。作為超級電容器電極材料時，N-PCNFs-600也展示了良好的儲能性能(電流密度1 A/g下比電容為197