多孔炭納米纖維膜的制備及其儲電性能研究.pdf

1、超級電容器是一種介于傳統(tǒng)電容器和蓄電池之間的新型儲能器件，它具有比傳統(tǒng)電容器更大的比能量，比蓄電池更大的比功率和循環(huán)壽命。在移動通信、信息技術(shù)、消費電子、電動汽車、航空航天和國防科技等領(lǐng)域具有重要和廣闊的應(yīng)用前景，在世界范圍內(nèi)引起了極大關(guān)注。根據(jù)儲能原理，超級電容器可以分為雙電層電容器和法拉第準(zhǔn)電容器。本文主要研究制備電容器的新型電極材料。 本文首次通過電紡絲技術(shù)實現(xiàn)聚合物和乳液聚合得到的乳膠粒子的共混，這種乳膠粒子作為孔模板，

2、在高溫炭化過程發(fā)生熱分解，最終在炭納米纖維中留下孔洞，形成多孔炭納米纖維。采用透射電鏡（TEM）、掃描電鏡（SEM）熱失重分析儀（TGA）、紅外（FT-IR）、N2吸附（BET）等測試手段，對材料表面形貌和孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究；利用循環(huán)伏安、恒電流充放電、循環(huán)壽命測試研究炭纖維膜組裝的超級電容器的電化學(xué)性能。 本文研究內(nèi)容包括以下兩個部分： 1．納米孔模板的制備及表征：采用苯乙烯作為主單體，二乙烯基苯作為交聯(lián)劑，K2S2O8作

3、為引發(fā)劑，DNS-458和對苯乙烯基磺酸鈉作為乳化劑，通過乳液聚合法成功制備了交聯(lián)納米乳膠粒子（L）。AFM圖顯示：乳膠粒子為球形，呈單分散分布，其粒徑在15nm-25nm之間。分析TGA數(shù)據(jù)得知，這種乳膠粒子在400℃開始分解，450℃分解完全，這樣能保證在高溫炭化過程中納米孔模板的去除而在炭源中形成納米孔。 2．多孔炭納米纖維的制備及其表征：將聚丙烯腈（PAN）和分散好的L混合均勻，配置成電紡絲溶液，在高壓靜電下紡絲，制備出

4、PAN/L復(fù)合納米纖維膜，然后將之預(yù)氧化，炭化。在炭化過程中，L發(fā)生分解在PAN纖維中留下納米孔而形成多孔炭納米纖維膜。分析SEM，TEM數(shù)據(jù)得知這種炭納米纖維直徑分布在100nm-200nm，表面均一分布有10nm-20nm的中孔，其中孔含量最高可達(dá)82%。將炭納米纖維膜組裝成模擬電容器測試其儲電性能。 結(jié)果顯示：PAN/L多孔炭納米纖維膜在1mol/L硫酸電解液中表現(xiàn)出優(yōu)良的雙電層特性，最高比電容量達(dá)到260F/g，是未添加