基于電紡石墨化纖維膜的復(fù)合納米材料的制備及其儲電性能研究.pdf

1、本論文以由直徑在亞微米范圍的電紡石墨化纖維(EGF)組成的石墨化纖維膜作為基底,通過后續(xù)的化學(xué)和物理方法在石墨化纖維上生長具有電化學(xué)電容活性的納米線,制備了三類具有層次孔結(jié)構(gòu)的三維復(fù)合納米材料。這幾類材料具有由亞微米纖維間微米級孔隙和納米線間納米級孔道組成的層次孔結(jié)構(gòu),同時還繼承了基底電紡石墨化纖維膜的三維網(wǎng)狀自支撐結(jié)構(gòu)。這些獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點,不僅簡化了電極的制作過程,同時提高了電活性物質(zhì)的利用率、電極的快速充放電能力以及穩(wěn)定性等。電化學(xué)

2、測試表明這幾類材料都具有良好的電化學(xué)電容性能,是優(yōu)良的超級電容器電極材料。
　　本論文主要包括以下三個方面的工作:
　　1.以電紡石墨化纖維膜作為基底,通過苯胺原位化學(xué)聚合,在其上生長了聚苯胺(PANI)納米線,制備了聚苯胺/石墨化纖維復(fù)合納米材料(PANI/GF)。實驗表明,當(dāng)苯胺與過硫酸銨的濃度比為0.03M:0.0075M時,制備的復(fù)合材料PANI/GF-3具有最佳的形貌結(jié)構(gòu)和電化學(xué)電容性能。當(dāng)充放電電流密度為0.4

3、A/g時,其比電容量達(dá)976.5 F/g,在50 A/g的大電流密度下,其比電容量仍能保持50.9％(497.4 F/g)。在10 A/g電流密度下,1000周期后,其比電容量僅衰減10.8%。
　　2.以PANI/GF-3為原料,經(jīng)不同溫度碳化后得到一系列基于電紡石墨化纖維膜的碳/碳復(fù)合納米材料。實驗結(jié)果表明,碳化后各樣品都呈現(xiàn)典型的雙電層電容特征,快速充放電性能有了較大提高,其中700℃碳化的樣品C700具有最佳的電化學(xué)電容性

4、能。當(dāng)充放電電流密度為0.5A/g時,其比電容量達(dá)到106.2 F/g,在100 A/g的大電流密度下,其比電容量仍能保持53.2%(56.5 F/g)。
　　3.以C700為原料,以KOH溶液浸泡活化,制備了一系列基于電紡石墨化纖維膜的活性碳/碳復(fù)合納米材料。實驗結(jié)果表明,0.1M KOH溶液為最佳活化劑;經(jīng)0.1M KOH溶液浸泡,在不同溫度下活化的樣品其電化學(xué)電容性能均有較大提高,其中以600℃活化的樣品AC600性能最佳。