氮摻雜活性碳納米纖維-碳微球的制備及其電化學性能研究.pdf

1、超級電容器作為一種介于傳統(tǒng)電容器和傳統(tǒng)化學電源之間的新型儲能裝置，具有充放電速度快、使用壽命長、功率密度高、可長時間放置、低溫性能優(yōu)越等優(yōu)點，被廣泛應用于智能電網、軍事、電動汽車及其他相關領域。電極材料作為超級電容器一個重要組成部分，是決定超級電容器性能的關鍵，所以，超級電容器的研究主要集中在制備高性能的電極材料上。靜電紡絲/靜電噴霧法制備得到的活性碳納米纖維/活性碳微球，其作為電極材料具有比表面積大、孔隙率高、耐高溫、導電性好等優(yōu)點。

2、碳基電極材料可以通過兩種途徑來提高比電容:(1)增大比表面積和控制孔徑分布;(2)氮摻雜。
　　本文以CA(醋酸纖維素)與PAN(聚丙烯腈)為前驅體聚合物，采用靜電紡絲/靜電噴霧技術，經過預氧化、碳化和活化等步驟得到CA/PAN基活性碳納米纖維/活性碳微球。采用熱重分析、掃描電鏡、X射線衍射儀、Raman光譜、X光電子能譜和N2吸脫附等方法對材料的熱穩(wěn)定性、表面形貌、晶體結構、比表面積和孔結構等進行研究;使用循環(huán)伏安法和恒電流充放

3、電法對纖維的電化學性能進行測試。其主要研究內容如下:
　　(1)以CA與PAN為前驅體聚合物，采用靜電紡絲法制備得到CA/PAN基活性碳納米纖維?？疾霤A與PAN不同的配比、碳化溫度、活化浸漬比和活化時間對活性碳納米纖維的物理性能和電化學性能的影響。結果表明:CA/PAN=60∶40時，活性碳納米纖維具有較大的比表面積1306 m2/g和適合的孔徑分布，比電容最大，在電流密度為1A/g時，比電容為199 F/g;當碳化溫度提高，活

4、性碳納米纖維的比表面積從792 m2/g增大到1306 m2/g，在電流密度為1 A/g時，比電容從163 F/g增大到199 F/g;當活化浸漬比提高，活性碳納米纖維的比表面積從1306 m2/g降低到823 m2/g，容量保持率從71％降低到43％;當活化時間增長，活性碳納米纖維的比表面積從1306 m2/g降低到861 m2/g，容量保持率從71％降低到49％。
　　(2)在制備得到的活性碳納米纖維的基礎上使用水熱法，尿素、

5、氨水和氯化銨作為氮源，對其進行氮摻雜。考察不同氮源進行氮摻雜對其電化學性能的影響。以氨水為氮源，氮摻雜效果較好，氮含量為5.66％，在電流密度為1A/g時，比電容為241 F/g，且電容保持率為66％。
　　(3)以醋酸纖維素(CA)與聚丙烯腈(PAN)為前驅體聚合物(CA/PAN=60∶40)，采用靜電噴霧法制備得到CA/PAN基活性碳微納球(ACS)，并對其物理性質和電化學性能進行了研究。ACS的比表面積為1162 m2/g，