蜂窩狀多孔納米碳纖維膜的電紡制備及其超級電容器應用.pdf

1、碳材料作為超級電容器電極材料具有導電性好、比表面積高、耐熱耐酸堿、對環(huán)境無污染、成本低等優(yōu)點，納米碳材料由于源于其納米尺度的優(yōu)異性能一直備受關注。本文以聚丙烯腈(PAN)為前驅體，利用靜電紡絲過程中發(fā)生的自組裝現(xiàn)象制備了蜂窩狀排列的多孔聚丙烯腈納米纖維膜，通過高溫碳化獲得了納米碳纖維膜，利用SEM、TGA、FT-IR、Raman等測試手段研究了PAN多孔纖維膜的制備和碳化工藝；最后利用電化學工作站研究了蜂窩狀多孔納米碳纖維膜作為超級電容

2、器電極的電化學性能。
　　研究發(fā)現(xiàn)聚合物分子量、溶液濃度、環(huán)境溫濕度、電紡參數(shù)(包括電壓、針尖到基底間距、時間)等對制備蜂窩狀多孔聚丙烯腈納米纖維膜的自組裝過程都有影響。SEM測試結果表明，通過對上述各參數(shù)進行優(yōu)化，可以制備得到形貌較規(guī)整的多孔纖維膜。
　　其次本文研究了預氧化升溫速率、預氧化溫度、收集基底以及碳化溫度對蜂窩狀多孔聚丙烯腈納米纖維膜碳化工藝的影響。預氧化升溫速率過快會引起多孔纖維膜開裂。FTIR測試結果表明2

3、50℃時預氧化程度已經(jīng)比較完全。碳化處理時，只有自支撐形式的多孔納米纖維膜能夠保持連續(xù)完整的形貌，基底的存在會使碳化過程中的產(chǎn)生的應力無法釋放而造成膜嚴重開裂。Raman譜表明隨著碳化溫度的升高，多孔碳纖維膜的石墨化程度也隨之提高。
　　最后利用循環(huán)伏安、恒流充放電和交流阻抗測試研究了多孔碳纖維納米膜用作超級電容器電極的電化學性能。循環(huán)伏安曲線典型的矩形特征表明該電極材料具有良好的可逆性。在不同充放電電流密度下均得到了較高的比電容