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文檔簡介
1、超級電容器具有較高的功率密度和循環(huán)穩(wěn)定性,并可實現(xiàn)快速充放電,使其在儲能領域中展現(xiàn)出巨大的應用潛力。隨著柔性可穿戴式及便攜式功能化電子器件(移動電話、數(shù)碼相機和筆記本電腦等)的發(fā)展。目前,如何進一步制備高容量的超級電容器并使其柔性化,已成為超級電容器領域的研究熱點。鑒于電極材料對超級電容器電化學性能的影響,制備高性能的電極材料是超級電容器研究的重點。本論文采用新疆黑山煤為原料,通過濃硫酸濃硝酸混酸處理煤,以酸處理煤/聚丙烯腈作為碳源,采
2、用靜電紡絲法制備柔性煤基碳納米纖維(CBCNFs)。以柔性CBCNFs作為載體,通過不同的方法制備CBCNFs/PANI和CBCNFs/MnO2復合材料,并對復合材料的結構與形貌進行表征,研究了材料的電化學性能,分析探討了材料結構與性能之間的關系。
本文的主要內(nèi)容如下:
(1)采用新疆黑山煤為原料,用混酸(濃硫酸和濃硝酸的體積比為3:1)對原煤進行處理,以酸處理煤/聚丙烯腈作為碳源,采用靜電紡絲法制備納米纖維前軀體,
3、后經(jīng)預氧化、碳化、CO2活化制得柔性CBCNFs。對材料的結構與形貌進行了表征,分析材料的比表面積和孔徑分布,并探究 CBCNFs的電化學性能。結果表明,CBCNFs在0.5 A/g的電流密度下具有233 F/g的比電容值,在2 A/g電流密度下循環(huán)2000圈后比電容保持率為90%。
(2)使用混酸(濃硫酸和濃硝酸的體積比為3:1)對 CBCNFs表面進行功能化處理,引入含氧官能團,以利于PANI在CBCNFs表面均勻負載。選
4、用過硫酸銨作為氧化劑,H2SO4作為摻雜酸,通過快速混合聚合苯胺的方法,在不同苯胺濃度、H2SO4濃度、苯胺/過硫酸銨摩爾比下分別制備得到CBCNFs/PANI復合材料。結果表明,當苯胺濃度為0.015 M、H2SO4濃度為2 M、苯胺/過硫酸銨摩爾比為1:1時制備的CBCNFs/PANI復合材料具有最佳電化學性能。當充放電電流密度為0.5 A/g時,其比電容達458 F/g,且在2 A/g電流密度下,循環(huán)1000圈后其比電容保持率為8
5、7%。
(3)利用第二章酸化處理的CBCNFs作為載體,過硫酸銨作為氧化劑,改用HCl為摻雜酸,采用快速混合聚合苯胺的方法,制備CBCNFs/PANI復合材料,電化學測試結果表明,當HCl濃度為1 M時,制備的復合材料CBCNFs/PANI-1M具有最大比電容,在0.5 A/g電流密度下,其比電容達480 F/g。
(4)采用等離子體技術對CBCNFs進行表面改性,在KMnO4水溶液中通過原位還原法,制備CBCNFs
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