聚苯胺包覆電紡納米碳纖維的制備及其超級電容性能.pdf

1、超級電容器是一種充放電速度快、功率密度高、使用壽命長、環(huán)境友好的新型儲能器件。電極材料是影響超級電容性能的關(guān)鍵因素,聚苯胺包覆納米碳纖維(PANI/CNFs)復(fù)合材料協(xié)同了納米碳纖維提供的雙電層電容與聚苯胺(PANI)提供的電化學(xué)電容的優(yōu)點(diǎn),可制備出高性能超級電容器。本文通過原位聚合方法制備出聚苯胺包覆電紡納米碳纖維復(fù)合材料,利用掃描電鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)、紅外光譜(FT-IR)、拉曼光譜(Raman)表征了材料結(jié)構(gòu);利用

2、電化學(xué)工作站通過循環(huán)伏安(CV)、恒流充放電(CD)、交流阻抗(EIS)研究了復(fù)合材料超級電容性能。
　　本研究以聚丙烯腈(PAN)為前驅(qū)體,通過靜電紡絲技術(shù)制備納米碳纖維。實(shí)驗(yàn)主要對PAN濃度與碳化保護(hù)氣體的影響進(jìn)行研究, SEM觀察表明PAN濃度為3wt％時,制備的納米碳纖維連續(xù)且均勻,平均直徑小于50nm,而當(dāng)保護(hù)氣體為 NH3時,碳纖維表面有刻蝕,表面光滑度降低。聚苯胺原位聚合反應(yīng)中采用兩種氧化劑,分別是過硫酸銨(APS)

3、和三氯化鐵。采用過硫酸銨作氧化劑原位聚合時,主要研究了苯胺濃度、聚合時間和聚合溫度對聚合反應(yīng)的影響,并測試了超級電容性能,結(jié)果表明在苯胺濃度0.03M、聚合時間6h、聚合溫度20℃時,超級電容性能最好。在充放電電流密度為2A/g時,比電容達(dá)到515F/g,能量密度為57Wh/kg。使用低氧化還原電位的三氯化鐵作氧化劑時,研究了聚合時間對聚苯胺包覆層厚度的影響以及超級電容性能對包覆層厚度的依賴關(guān)系。結(jié)果表明當(dāng)聚合反應(yīng)時間從15h增加到42

4、h時包覆層厚度從5.7nm增加到17.9nm,此時包覆層表面平坦,隨包覆層厚度的增加比電容先增加后下降,在13.9nm時比電容最大,達(dá)到378F/g。繼續(xù)增加聚合反應(yīng)時間包覆層表面變得粗糙,但比電容反而有所改善。為了提高導(dǎo)電性將單壁碳納米管與PANI/CNFs納米纖維進(jìn)一步復(fù)合,測試表明超級電容性能得到明顯改善,電極材料內(nèi)阻減小到12Ω,在電流密度為2A/g時,比電容提高到564 F/g,能量密度提高到64Wh/kg。將PANI/CNF