纳米炭纤维的制备、改性及其电化学性能

发布时间：2019-11-14 02:35

【摘要】：超级电容器作为一种新型电子储能器件,具有高瞬间功率密度,快速充放电特性和杰出的循环稳定性,近年来受到广泛的关注。在超级电容器的组成部分中,电极材料最关键。电极材料的结构直接影响超级电容器的电化学储能性能。与其它电极材料相比,多孔炭由于具有较低的成本、较好的导电性、高比表面积和高的化学稳定性而被认为是很有前途的。多孔纳米炭纤维具有较大的比表面积和孔体积,且炭纤维堆积成的网络结构有利于离子的传导,被认为是一种优异的超级电容器电极材料。以热固性酚醛树脂为炭前驱体,经过静电纺丝法得到纳米纤维毡,对纳米纤维毡固化完成后,以KOH为活化剂、熔盐作为介质在高温下对纳米炭纤维造孔。结果表明,在熔盐介质中加入少量KOH可以使孔体积和比表面积有很大的提高,孔结构得到改善。所有样品都具有完整的纤维形貌且纤维无序堆积成网络结构。当活化温度为800℃时,样品比表面积达到1007m2/g,形成了一定含量的中孔,电化学性能最高。在6mol/L的KOH溶液中测试,电极材料在0.2A/g的电流密度下比电容达到288 F/g。电容器的功率密度以及大电流的充放电性能在很大程度上取决于电极材料的电导率。将生物质石墨烯作为导电剂加入酚醛树脂中,混合均匀配成纺丝原液,经过静电纺、固化和炭化。结果显示样品都呈现良好的纤维形貌。添加生物质石墨烯之后样品的比表面积和孔径分布并没有明显改变。在三电极体系下,添加生物质石墨烯之后样品的比电容增大,交流电阻抗测试显示随着生物质石墨烯含量的增加样品的内阻减小。溶液喷射纺丝法作为一种新型制备微纳米纤维的工艺引起研究者们的广泛关注。以PAN为炭前驱体,在纺丝液中加入不同质量分数的ZnCl2,通过溶液喷射装置进行纺丝得到纤维毡。经过预氧化、炭化和酸洗得到多孔炭纤维。所有样品均具有完整的纤维形貌且通过溶液喷射制得的纤维比电纺纤维具有更明显的三维立体网络结构。随着ZnCl2含量的增多样品的比表面积和孔体积逐渐增大。电化学测试显示,当ZnCl2含量为15%时样品的比电容为219.4F/g(0.2A/g)。当ZnCl2含量为13%时样品的电容保持率最大,为70.1%。
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ342.742;TM53

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本文编号：2560608