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《扬州大学》 2016年
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静电纺丝法制备氮掺杂多孔碳纤维及其复合材料在电化学方面应用研究

倪向颖  
【摘要】:碳材料因具有稳定性好、导电率高等特点,被认为是双电层电容器的最佳电极材料。在众多不同结构的碳材料中,碳纤维由于具有良好的导电性、连续性及柔韧性而备受人们青睐。但是由于碳材料分散性和离子亲和性较差限制了它们的应用,研究者们通常通过掺杂氮、硼等杂原子,来提高它们的性能。本论文采用静电纺丝法,以含氮聚合物为前驱体制备氮掺杂多孔碳纤维,探究其作为超级电容器电极材料的性能。并以其作为基材制备复合材料,研究其协同作用对锂电性能的影响。具体内容如下:(1)以PAN(聚丙烯腈)、PVP(聚乙烯吡咯烷酮)为碳源和氮源,SiO2作为造孔剂,利用静电纺丝法制备混合纤维。经高温碳化后,利用碱溶液将SiO2刻蚀除去,得到氮掺杂多孔碳纤维。通过透射电镜、扫描电镜、X-射线衍射、拉曼光谱、氮气吸附脱附等手段,对该材料的形貌、结构、比表面积及孔径分布等特性进行表征。然后采用三电极体系,1MH2SO4作为电解液,测试不同孔隙率及不同碳化温度下所得碳材料的循环伏安和恒流充放电性能。结果表明,利用SiO2造孔制备得到的氮掺杂多孔碳纤维(NCNF),其电容性能明显增强。在1Ag-1的电流密度下,其比电容为] 92.7 Fg-1,远高于无SiO加入的纯碳纤维(13.8 Fg-1),且具有良好的循环稳定性。(2)利用上述制备方法,将SnO2/SiO2与PAN、PVP进行混合静电纺丝。经高温碳化过程,SnO被碳还原为Sn。最后用碱溶液将Si02刻蚀除去,得到Sn/NCNF复合纤维。通过调节SnO/SiO2的量来制备不同Sn负载量的复合材料,对其形貌、结构晶型、锂电性能等进行研究。利用电池测试系统对所得不同负载量产物进行锂电性能测试,结果表明当SnO2/SiO2与PAN/PVP质量比为0.5:1时制备得到的Sn/NCNF复合纤维具有最佳的循环稳定性及比容量。在电流密度为500 mA g-1时,平均比容量为400 mAh g-1。(3)以第一部分制备得到的氮掺杂多孔碳纤维为基材,利用微波反应法在碳纤维表面负载SnO2,再经400℃煅烧。改变SnCl4·5H2O浓度制备不同SnO2负载量的纤维材料,对其形貌、结构、锂电性能等进行表征。实验表明,SnCl4·5H2O与氮掺杂多孔碳纤维的质量比为14:1时,制备得到的复合材料具有良好的循环稳定性及较高的比容量。在电流密度为]100 mA g-1时,平均比容量为432 mAh g-1。
【学位授予单位】:扬州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TQ342.742;TM53

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