碳納米管海綿納米復(fù)合材料的制備及其在超級(jí)電容器中的應(yīng)用.pdf

1、超級(jí)電容器依靠較大的比電容可存儲(chǔ)大量電荷，再加上其功率密度高，循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，在電力、電子、航天等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。作為影響超級(jí)電容器性能的關(guān)鍵因素之一，電極材料的性能尤為重要。因此有必要加大對(duì)電極材料（尤其是新型材料）的開(kāi)發(fā)和利用。本文采用三維網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)的碳納米管海綿，對(duì)其進(jìn)行一系列的處理之后，直接用作超級(jí)電容器的電極，省去了諸如涂布等工藝，這對(duì)后續(xù)的應(yīng)用具有重要意義。
　　主要研究工作如下：采用一定比例的混酸對(duì)碳納米管海綿

2、的管壁進(jìn)行處理，使之引入一定數(shù)量的官能團(tuán)（包括-OH、-COOH等）。這樣可提高其親水性，使碳納米管海綿與水系電解液充分浸潤(rùn)。研究發(fā)現(xiàn)混酸處理過(guò)的碳納米管海綿能較好地浸入水系電解液中。經(jīng)過(guò)電化學(xué)測(cè)試表明碳納米管海綿在混酸處理6小時(shí)后的電化學(xué)行為最好，在掃描速率速為1mV/s時(shí)比容量達(dá)到68F/g。
　　在此基礎(chǔ)上采用電沉積方法制備了碳納米管海綿-聚苯胺復(fù)合材料，并采用FT-IR，XRD，SEM，TEM等方法表征了其結(jié)構(gòu)。同時(shí)通過(guò)電

3、化學(xué)技術(shù)（CV、恒電流充放電，交流阻抗等）測(cè)試了不同聚苯胺含量的復(fù)合材料的電化學(xué)行為。結(jié)果顯示，組裝成的兩電極體系中，當(dāng)聚苯胺百分含量在63％左右時(shí)復(fù)合材料電極的性能最好。在0.5A/g電流密度下比容量為200F/g，升高電流密度至5 A/g時(shí)比容量還有180F/g。在100 mV/s的掃速下循環(huán)10000次后比容量保持75.2%。以此復(fù)合材料組裝不對(duì)稱(chēng)電容器，能量密度達(dá)到15.1W h/K g，功率密度達(dá)到1598W/Kg。在電流密度

4、為2A/g下循環(huán)3000次后比容量保持94.3%。
　　同時(shí)還制備了碳納米管海綿-氫氧化鎳的復(fù)合材料，并通過(guò) XRD，S EM， TEM等方法分析了其微觀結(jié)構(gòu)和通過(guò)電化學(xué)技術(shù)（CV，恒電流充放電，交流阻抗等）監(jiān)測(cè)了其電化學(xué)行為。測(cè)試數(shù)據(jù)說(shuō)明，當(dāng)氫氧化鎳百分含量為53%附近時(shí)復(fù)合材料的性能最佳。在0.5A/g的電流密度時(shí)比容量為588.4F/g，在5A/g電流密度時(shí)比容量還有400F/g。以50 mV/s的掃速循環(huán)10000次后比容