納米碳管基電極的電化學(xué)和脫鹽性能研究.pdf

1、本文以多壁納米碳管、活性炭、氧化鎳為液流式超級電容器的電極材料，分別進(jìn)行材料制備、電極制備及用于液流式超級電容器中對不同無機(jī)鹽溶液電化學(xué)和脫鹽性能的研究。本文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)歸納如下： (1)以Ni-SiO<,2>二元?dú)饽z為催化劑，采用化學(xué)氣相沉積法制備出不同管徑的納米碳管。利用該法制備的納米碳管純度較高，熱穩(wěn)定性較好。利用透射電子顯微鏡、粉末體積電阻率儀、氮?dú)馕綔y試和X射線衍射分析等測試手段研究納米碳管形態(tài)結(jié)構(gòu)，結(jié)果

2、表明：納米碳管具有巨大的長徑比，以中孔分布為主。納米碳管的管徑對納米碳管的性能有著很大的影響，納米碳管管徑越大，越趨向于石墨化，電阻越低，并且內(nèi)壓能夠增加納米碳管粉末的導(dǎo)電性；納米碳管的管徑越小，粉末的比表面積和孔容越大。 (2)添加不同種類和含量的粘結(jié)劑，通過冷壓和熱壓方法，結(jié)合炭化處理等工藝制備納米碳管電極。通過SEM對電極斷面進(jìn)行形貌分析，發(fā)現(xiàn)熱壓成型的、經(jīng)炭化后內(nèi)部空隙顯著多于冷壓成型電極和炭化前電極；利用電池測試儀分析

3、比較不同成型工藝制備的電極在無機(jī)鹽溶液中的充放電性能，發(fā)現(xiàn)熱壓成型的電極炭化后，電極的比電容不僅優(yōu)于炭化前電極，且明顯優(yōu)于冷壓成型電極。根據(jù)電極循環(huán)使用測試比較，發(fā)現(xiàn)用酚醛樹脂為粘結(jié)劑熱壓成型所得電極經(jīng)過炭化后，其使用壽命最長。 (3)納米碳管電極在-0.8和0.2 V之間的循環(huán)伏安曲線矩形性和對稱性相當(dāng)高，這表明納米碳管作為電極活性材料的電化學(xué)超級電容器有著相當(dāng)好的循環(huán)性能、電容穩(wěn)定性能和良好的再生性能。無機(jī)鹽的種類對納米碳管

4、電極的電容量和電荷傳遞電阻產(chǎn)生重大的影響，電流越小，納米碳管電極產(chǎn)生的電容量越大，納米碳管電極電吸附脫鹽能力由大到小依次為Na<,2>SO<,4>、KCl、NaCl、MgSO<,4>、CaCl<,2>、CuSO<,4>，使用壽命超過10000次。 (4)活性炭具有超大比表面積和優(yōu)異孔洞分布，分析活性炭電極阻抗、循環(huán)伏安和充放電性能的結(jié)果表明，活性炭具有優(yōu)異的電化學(xué)活性，研究該電吸附脫鹽性能的結(jié)果表明，活性炭具有比納米碳管更大的比

5、電容量和脫鹽性能。但是活性炭存在電阻過大、能耗較高且強(qiáng)度不高等缺點(diǎn)。研究活性炭與納米碳管不同比例復(fù)合電極性能，發(fā)現(xiàn)添加少量的納米碳管能在一定程度上提高電極比表面積、孔容及比電容，同時降低電極電阻率。當(dāng)納米碳管與活性炭質(zhì)量比為10:90時，制成電極的比表面積達(dá)到1309.1 m<'2>/g，在5000 mg／L的Na<,2>SO<,4>溶液中，電極比電容達(dá)到54.20 F/g，比脫鹽量達(dá)到8.23 mg/g。 (5)利用液相法制成的納米碳

6、管/氧化鎳復(fù)合管材料，該材料管徑均勻、純度高。采用納米碳管/氧化鎳/活性炭復(fù)合電極，通過電化學(xué)性能測試發(fā)現(xiàn)，氧化鎳能夠有效增加電極對Na<,2>SO<,4>、KCI、NaCl等一價堿金屬陽離子溶液的脫鹽量。 (6)液流式超級電容器對KCl、NaCl、Na<,2>SO<,4>等一價堿金屬陽離子溶液有著非常顯著的脫鹽效果，其次為NgSO<,4>、CaCl<,2>等二價堿土金屬陽離子溶液。由于CuSO<,4>在通電的作用下發(fā)生分解，產(chǎn)