氮摻雜活性碳納米纖維-碳微球的制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、超級電容器作為一種介于傳統(tǒng)電容器和傳統(tǒng)化學(xué)電源之間的新型儲能裝置，具有充放電速度快、使用壽命長、功率密度高、可長時間放置、低溫性能優(yōu)越等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于智能電網(wǎng)、軍事、電動汽車及其他相關(guān)領(lǐng)域。電極材料作為超級電容器一個重要組成部分，是決定超級電容器性能的關(guān)鍵，所以，超級電容器的研究主要集中在制備高性能的電極材料上。靜電紡絲/靜電噴霧法制備得到的活性碳納米纖維/活性碳微球，其作為電極材料具有比表面積大、孔隙率高、耐高溫、導(dǎo)電性好等優(yōu)點。

2、碳基電極材料可以通過兩種途徑來提高比電容:(1)增大比表面積和控制孔徑分布;(2)氮摻雜。
　　本文以CA(醋酸纖維素)與PAN(聚丙烯腈)為前驅(qū)體聚合物，采用靜電紡絲/靜電噴霧技術(shù)，經(jīng)過預(yù)氧化、碳化和活化等步驟得到CA/PAN基活性碳納米纖維/活性碳微球。采用熱重分析、掃描電鏡、X射線衍射儀、Raman光譜、X光電子能譜和N2吸脫附等方法對材料的熱穩(wěn)定性、表面形貌、晶體結(jié)構(gòu)、比表面積和孔結(jié)構(gòu)等進(jìn)行研究;使用循環(huán)伏安法和恒電流充放

3、電法對纖維的電化學(xué)性能進(jìn)行測試。其主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)以CA與PAN為前驅(qū)體聚合物，采用靜電紡絲法制備得到CA/PAN基活性碳納米纖維。考察CA與PAN不同的配比、碳化溫度、活化浸漬比和活化時間對活性碳納米纖維的物理性能和電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明:CA/PAN=60∶40時，活性碳納米纖維具有較大的比表面積1306 m2/g和適合的孔徑分布，比電容最大，在電流密度為1A/g時，比電容為199 F/g;當(dāng)碳化溫度提高，活

4、性碳納米纖維的比表面積從792 m2/g增大到1306 m2/g，在電流密度為1 A/g時，比電容從163 F/g增大到199 F/g;當(dāng)活化浸漬比提高，活性碳納米纖維的比表面積從1306 m2/g降低到823 m2/g，容量保持率從71％降低到43％;當(dāng)活化時間增長，活性碳納米纖維的比表面積從1306 m2/g降低到861 m2/g，容量保持率從71％降低到49％。
　　(2)在制備得到的活性碳納米纖維的基礎(chǔ)上使用水熱法，尿素、

5、氨水和氯化銨作為氮源，對其進(jìn)行氮摻雜?？疾觳煌催M(jìn)行氮摻雜對其電化學(xué)性能的影響。以氨水為氮源，氮摻雜效果較好，氮含量為5.66％，在電流密度為1A/g時，比電容為241 F/g，且電容保持率為66％。
　　(3)以醋酸纖維素(CA)與聚丙烯腈(PAN)為前驅(qū)體聚合物(CA/PAN=60∶40)，采用靜電噴霧法制備得到CA/PAN基活性碳微納球(ACS)，并對其物理性質(zhì)和電化學(xué)性能進(jìn)行了研究。ACS的比表面積為1162 m2/g，