聚苯胺包覆電紡納米碳纖維的制備及其超級(jí)電容性能.pdf

1、超級(jí)電容器是一種充放電速度快、功率密度高、使用壽命長(zhǎng)、環(huán)境友好的新型儲(chǔ)能器件。電極材料是影響超級(jí)電容性能的關(guān)鍵因素,聚苯胺包覆納米碳纖維(PANI/CNFs)復(fù)合材料協(xié)同了納米碳纖維提供的雙電層電容與聚苯胺(PANI)提供的電化學(xué)電容的優(yōu)點(diǎn),可制備出高性能超級(jí)電容器。本文通過(guò)原位聚合方法制備出聚苯胺包覆電紡納米碳纖維復(fù)合材料,利用掃描電鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)、紅外光譜(FT-IR)、拉曼光譜(Raman)表征了材料結(jié)構(gòu);利用

2、電化學(xué)工作站通過(guò)循環(huán)伏安(CV)、恒流充放電(CD)、交流阻抗(EIS)研究了復(fù)合材料超級(jí)電容性能。
　　本研究以聚丙烯腈(PAN)為前驅(qū)體,通過(guò)靜電紡絲技術(shù)制備納米碳纖維。實(shí)驗(yàn)主要對(duì)PAN濃度與碳化保護(hù)氣體的影響進(jìn)行研究, SEM觀察表明PAN濃度為3wt％時(shí),制備的納米碳纖維連續(xù)且均勻,平均直徑小于50nm,而當(dāng)保護(hù)氣體為 NH3時(shí),碳纖維表面有刻蝕,表面光滑度降低。聚苯胺原位聚合反應(yīng)中采用兩種氧化劑,分別是過(guò)硫酸銨(APS)

3、和三氯化鐵。采用過(guò)硫酸銨作氧化劑原位聚合時(shí),主要研究了苯胺濃度、聚合時(shí)間和聚合溫度對(duì)聚合反應(yīng)的影響,并測(cè)試了超級(jí)電容性能,結(jié)果表明在苯胺濃度0.03M、聚合時(shí)間6h、聚合溫度20℃時(shí),超級(jí)電容性能最好。在充放電電流密度為2A/g時(shí),比電容達(dá)到515F/g,能量密度為57Wh/kg。使用低氧化還原電位的三氯化鐵作氧化劑時(shí),研究了聚合時(shí)間對(duì)聚苯胺包覆層厚度的影響以及超級(jí)電容性能對(duì)包覆層厚度的依賴(lài)關(guān)系。結(jié)果表明當(dāng)聚合反應(yīng)時(shí)間從15h增加到42

4、h時(shí)包覆層厚度從5.7nm增加到17.9nm,此時(shí)包覆層表面平坦,隨包覆層厚度的增加比電容先增加后下降,在13.9nm時(shí)比電容最大,達(dá)到378F/g。繼續(xù)增加聚合反應(yīng)時(shí)間包覆層表面變得粗糙,但比電容反而有所改善。為了提高導(dǎo)電性將單壁碳納米管與PANI/CNFs納米纖維進(jìn)一步復(fù)合,測(cè)試表明超級(jí)電容性能得到明顯改善,電極材料內(nèi)阻減小到12Ω,在電流密度為2A/g時(shí),比電容提高到564 F/g,能量密度提高到64Wh/kg。將PANI/CNF