碳納米材料宏觀體的制備與儲能應(yīng)用.pdf

1、電化學(xué)超級電容器（Electrochemical Super Capacitor，ESC），作為一種性能介于傳統(tǒng)電容器和電池之間的新型儲能器件，由于其充放電速率快，效率高，對環(huán)境無污染，循環(huán)壽命長等優(yōu)異性能而受到世界范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注，具有廣闊的應(yīng)用前景。電極材料的選擇對電化學(xué)超級電容器的制備及性能的影響至關(guān)重要。作為一類主要的電極材料，碳系材料的發(fā)展先后出現(xiàn)了多孔碳材料、活性碳材料、炭氣凝膠、碳納米管(CNT)及最近研究熱點的石墨烯。其

2、中CNT自1991年被Iijima發(fā)現(xiàn)以來，就以其超強的力學(xué)性能，極高的長徑比，較高的化學(xué)及熱穩(wěn)定性，超強的導(dǎo)電性能、儲氫能力、吸附能力及其獨特的結(jié)構(gòu)而得到世界范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注。然而經(jīng)石墨電弧法、化學(xué)氣相沉積法及激光蒸發(fā)法制備的CNT在宏觀觀察下均呈超細粉狀，由于其表面惰性、尺寸效應(yīng)而影響其優(yōu)勢的發(fā)揮。如果能將其制備成宏觀體，如碳納米管網(wǎng)、碳納米管薄膜等，則可有效解決此問題。碳纖維由于其孔隙發(fā)達及比表面積大而成為一種典型的電極材料。而石

3、墨烯的高比表面積，良好的導(dǎo)電性能也讓其成為電極材料的選擇之一。單一碳材料作為電極材料時，由于比表面積及孔徑結(jié)構(gòu)等的影響，一定程度上將限制其超級電容器的性能。而采用碳材料彼此的復(fù)合，可同時提高材料的比表面積及電學(xué)性能，從而提高其電化學(xué)性能。
　　本文主要研究了碳納米管網(wǎng)及碳系三元復(fù)合材料的制備及電化學(xué)性能，采用掃描電鏡、吸脫附曲線等測試手段，對材料形貌及結(jié)構(gòu)進行了表征;采用循環(huán)伏安、恒流充放電、循環(huán)壽命和電化學(xué)交流阻抗等測試方法，討

4、論所制備材料作為超級電容器電極材料時的電化學(xué)性能。具體研究內(nèi)容如下:
　　1.采用明膠法將實驗室自制的超細粉狀CNT制備成明膠式碳納米管網(wǎng)前驅(qū)體(g-CNTNp)及明膠式碳納米管網(wǎng)(g-CNTN)，對兩者的電化學(xué)性能進行測試，實驗結(jié)果表明，g-CNTN具有更加優(yōu)異的電化學(xué)性能，比容量達158.1 F·g-1（有機電解液）。
　　2.采用界面靜置法將超細粉狀CNT制備成碳納米管網(wǎng)前驅(qū)體(i-CNTNp)，經(jīng)過后續(xù)處理后，得到碳

5、納米管網(wǎng)(i-CNTN)，對兩者的電學(xué)、力學(xué)及電化學(xué)性能進行表征，實驗結(jié)果表明，i-CNTN具有更加優(yōu)異的電學(xué)、力學(xué)及電化學(xué)性能，在有機電解液中的比容量達104.0 F·g-1。
　　3.將商用碳纖維進行純化處理，得到純化碳纖維(pCF)，通過化學(xué)氣相沉積法(CVD)在其表面原位生長CNT，得到碳系二元網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料(pCF/CNT)再經(jīng)過進一步原位復(fù)合，在pCF/CNT的表面原位復(fù)合石墨烯(HRG)，得到碳系三元網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料(pC