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《江西师范大学》 2009年
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多孔炭纳米纤维膜的制备及其储电性能研究

李晓艳  
【摘要】: 超级电容器是一种介于传统电容器和蓄电池之间的新型储能器件,它具有比传统电容器更大的比能量,比蓄电池更大的比功率和循环寿命。在移动通信、信息技术、消费电子、电动汽车、航空航天和国防科技等领域具有重要和广阔的应用前景,在世界范围内引起了极大关注。根据储能原理,超级电容器可以分为双电层电容器和法拉第准电容器。本文主要研究制备电容器的新型电极材料。 本文首次通过电纺丝技术实现聚合物和乳液聚合得到的乳胶粒子的共混,这种乳胶粒子作为孔模板,在高温炭化过程发生热分解,最终在炭纳米纤维中留下孑L洞,形成多孔炭纳米纤维。采用透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)热失重分析仪(TGA)、红外(FT-IR)、N_2吸附(BET)等测试手段,对材料表面形貌和孔结构进行研究;利用循环伏安、恒电流充放电、循环寿命测试研究炭纤维膜组装的超级电容器的电化学性能。 本文研究内容包括以下两个部分: 1.纳米孔模板的制备及表征:采用苯乙烯作为主单体,二乙烯基苯作为交联剂,K_2S_2O_8作为引发剂,DNS-458和对苯乙烯基磺酸钠作为乳化剂,通过乳液聚合法成功制备了交联纳米乳胶粒子(L)。AFM图显示:乳胶粒子为球形,呈单分散分布,其粒径在15nm-25nm之间。分析TGA数据得知,这种乳胶粒子在400℃开始分解,450℃C分解完全,这样能保证在高温炭化过程中纳米孔模板的去除而在炭源中形成纳米孔。 2.多孔炭纳米纤维的制备及其表征:将聚丙烯腈(PAN)和分散好的L混合均匀,配置成电纺丝溶液,在高压静电下纺丝,制备出PAN/L复合纳米纤维膜,然后将之预氧化,炭化。在炭化过程中,L发生分解在PAN纤维中留下纳米孔而形成多孔炭纳米纤维膜。分析SEM,TEM数据得知这种炭纳米纤维直径分布在100nm-200nm,表面均一分布有10nm-20nm的中孔,其中孔含量最高可达82%。将炭纳米纤维膜组装成模拟电容器测试其储电性能。结果显示:PAN/L多孔炭纳米纤维膜在1mol/L硫酸电解液中表现出优良的双电层特性,最高比电容量达到260F/g,是未添加L的炭纳米纤维膜的3倍。这种多孔炭纳米纤维呈现较好的循环性能,在1A/g电流密度下1000次循环后,其比电容量衰减不到6%,维持在240F/g左右;同时,随着电极厚度的增加,其比电容量降低幅度不大,当电极厚度达到2mm时,比电容量仍能保持在235F/g,这样可以减少集流体的用量,降低电容器的制作成本。
【学位授予单位】:江西师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TB383.1

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