柔性和多孔TaC/CNF复合材料的制备及其电化学性能研究

发布时间：2020-12-24 02:46

　　随着化石燃料资源的日渐枯竭和对环境保护的日益重视,开发出具有能量密度高、高功率的可替代能量存储和转换装置引起了人们的重视。超级电容器由于具有功率密度高、循环寿命长、工作电位宽和温度范围可操作性大等特点,在能量存储装置方面的研究受到了广泛地关注。电极材料作为超级电容器的关键要素,一直吸引着广泛的研究兴趣,而碳材料由于其优异的导电性、大的表面积、良好的化学稳定性,已广泛地应用于电极材料。多孔的碳化物衍生碳材料较之于传统的多孔碳材料,具有更高的孔隙率和更佳的导电性。现有文献报道的多孔碳化物衍生的碳,其存在的形式主要是粉末、涂料和薄膜,不能独立地作为电极材料来使用。当作为电极材料使用时,必须借助于聚合物粘接剂来制备完整的电极,因此较大幅度地降低了整个装置的电化学性能。在自支撑电极材料的制备中,静电纺丝已成为一种成熟的制备技术。本论文主要以静电纺丝,碳热还原等工艺技术来制备柔性、耐火和导电的碳化钽/碳复合纳米纤维（TaC/CNFs）膜。此外,经静电纺丝、高温碳化、金属离子刻蚀的工艺路线合成了一系列柔性多孔的碳化钽/碳复合纳米纤维（P-TaC/CNFs）膜,以此为电极材料成功地制备了一系列柔性超级... 

【文章来源】：江西师范大学江西省

【文章页数】：65 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

碳纳米管的模拟示意图

聚合物纺丝溶液在高压电场作用下，产生直径低至纳米范围的一维连续的聚合物纳米纤维。静电纺丝的基本原理可以追溯到 100 年前，当电压被施加到拉伸流体时[63]，产生的细纤维。虽然自那以来已经进行了显着的改进，但是具有其工作原理的基本装置还是类似的，如图 1-3（A）所示。基本的电纺丝装置通常包括用于控制聚合物溶液流速的注射泵，用于喷射纤维的喷丝头，用于收集纤维的收集器和用于在喷丝头和收集器之间施加电流的高压电源[64]。当聚合物溶液在高电压下“充电”，导致产生静电力。静电力和表面张力之间的平衡使得溶液的半球形表面轮廓成为圆锥形状，所谓的“泰勒锥”，如图 1-3 (B)所示[65]。当电场足够高时，使得喷射将从喷丝头喷射时，静电力克服了表面张力。在“泰勒锥”附近的初始射流是直的。喷射后，静电斥力在由于溶剂的蒸发，带电射流变得更强，导致射流分裂成许多微小的射流。在这个阶段的过程是不稳定的，导致射流螺旋，导致搅动区域。当射流到达收集器时，由于溶剂的进一步蒸发，它们变得固化成纤维。(A)(B)

用来研究电极表面的电化学性质及行为，其中包括判断电极否发生了氧化还原反应的赝电容电容器还是理想矩形的双电来计算比电容值等。当循环伏安曲线呈现近似矩形状态时，，则计算这种材料的单位质量比电容量如式 1-4[81]：Cm= I/m.dU/dt （式 2-1）/dt 为扫描速度，V/s；I 为电流，A；m 为电极活性物质的出现氧化还原峰时，即是赝电容电容器，则这种比电容量如Cm= Q/m ΔE （式 2-2） 为电极活性物质的质量，g；Q 为电量的积分，C；ΔE 为循范围，V。）恒流充放电测试方法，又称计时电势法。是指在恒电流的极或电容器进行充放电，并持续记录电势随时间的变化的曲放电曲线，我们可以知道很多有效信息，其中包括电压，充放与电阻的关系等，再通过以下公式如（式 2-3）、（式 2-4）、（式算出比电容量 Cs、功率密度等。计时电位曲线如图


本文编号：2934826