碳納米管基超級電容器電極材料的制備及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、超級電容器(Supercpaaciotr)因其功率密度大、充電電池能量密度高、可快速充放電、壽命長等優(yōu)點，作為一種新型能源愈來愈受到人們的關(guān)注。各種碳材料是超級電容器中最早使用的電極材料，應(yīng)用也最廣。自1991年發(fā)現(xiàn)以來，碳納米管就引發(fā)碳材料的研究的新熱潮，因其獨特的納米尺度的中空結(jié)構(gòu)、結(jié)晶度高、較大的比表面積、良好的導(dǎo)電性，將其用作超級電容器電極材料進(jìn)行了大量研究工作。但純碳納米管的超級電容器比容量相對小，將碳納米管與導(dǎo)電聚合物或金屬

2、氧化物的復(fù)合材料作為超級電容器的電極材料是目前發(fā)展的主要趨勢。
　　 本文利用碳納米管作為基體，制備了雙壁碳納米管/二氧化錳復(fù)合材料及多壁碳納米管/聚苯胺(MWNT/PANI)復(fù)合材料，并進(jìn)一步將MWNT/PANI復(fù)合材料碳化，制備碳復(fù)合材料。本文采用X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)等表征方法對制備的樣品的微觀形貌進(jìn)行了分析，通過循環(huán)伏安，恒流充放電，交流阻抗等電化學(xué)測試研究了樣品電化學(xué)性能。<

3、br>　　 采用微波法制備了不同MnO2含量DWCNT/MnO2復(fù)合材料，并對二氧化錳在碳納米管表面負(fù)載機(jī)理進(jìn)行研究，同時考察不同MnO2含量對DWCNTs/MnO2復(fù)合材料電化學(xué)性能的影響。高錳酸根離子濃度較低優(yōu)先在碳納米管內(nèi)負(fù)載沉積，濃度較高則主要在碳納米管外表面負(fù)載沉積。由于制備的復(fù)合材料的特殊結(jié)構(gòu)，DWCNTs/MnO2復(fù)合材料中的DWCNTs和MnO2兩種組分之間存在協(xié)同效應(yīng)，因而復(fù)合材料的電化學(xué)性能良好，不僅具有良好的導(dǎo)電

4、性，而且電化學(xué)可逆性好，容抗性強。其中DWCNTs-85％MnO2復(fù)合材料，不僅具有高的比容量(240.2 F·g-1在2 mV·s-1的掃速下)，優(yōu)良的循環(huán)穩(wěn)定性(循環(huán)2000圈后，容量僅衰減6.8％)。
　　 通過原位聚合制備了多壁碳納米管/聚苯胺(MWNT/PAND復(fù)合材料，同時考察不同MWNT含量對MWNT/PANI復(fù)合材料電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，復(fù)合材料的比容量與多壁管含量有關(guān)，MWNT含量低(如MWNT/PANI

5、-1:50，MWNT/PANI-1:80)時，復(fù)合材料的容量比純PANI的低，而MWNT含量較高時(MWNT/PANI-1:20)時，復(fù)合物的容量比純PANI高。
　　 因此論文進(jìn)一步對這些MWNT/PANI復(fù)合材料進(jìn)行碳化處理，研究其做為碳復(fù)合材料的電化學(xué)性能。經(jīng)碳化處理，相比碳化前的聚合物，容量有所提高，如在2 mV·s-1掃速下，C-MWNT/PANI-1:50樣品的比容量為261.7 F·g-1F遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出MWNT/PAN

6、I-1:50的120F·g-1。純聚苯胺碳化物(C-PANI)和C-MWNT/PANI-1:50兩個碳化樣品進(jìn)行循環(huán)壽命測試，可知這兩者的比容量在100 mVs-1的掃速下循環(huán)2000圈后，相對初始比容量，分別僅衰減13.5%、12.6%，具有極高的循環(huán)保持率。
　　 最后，論文還研究了微波還原氧化石墨(GO)，制備了MWGO樣品。其在2 mV·s-1時的比容量為182.6 F·g-1。在原始GO溶液中添加KOH制備了MWKGO