碳納米管膜-贗電容自支撐電極材料.pdf

1、本文以CVD法紡出柔性的碳納米管膜電極自支撐基體,通過(guò)負(fù)載贗電容活性物質(zhì)MnO2和Ni(OH)2,制成超級(jí)電容器電極,并對(duì)其進(jìn)行了一系列的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能表征。
　　MnO2/碳納米管膜柔性電極的制備主要采用了電沉積法和溫和的溶液氧化還原法,制備的復(fù)合電極比電容達(dá)70 F g-1到154 F g-1,與原始碳管膜相比,比電容提高了2~3倍。Ni(OH)2/碳納米管膜(NNCF)柔性電極的制備采用簡(jiǎn)單的一步溶液沉積法,利用前驅(qū)體溶液

2、反應(yīng)較慢且易控的特點(diǎn),制備出片狀Ni(OH)2均勻包覆碳納米管的均一結(jié)構(gòu),電化學(xué)性能優(yōu)異。復(fù)合結(jié)構(gòu)中Ni(OH)2利用率極高,在掃描速率為2 mv s-1下,Ni(OH)2比電容達(dá)到3351 F g-1,并且在高掃描速率(70 mv s-1)循環(huán)1500次測(cè)試后容量衰減率僅為15％。此種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)之所以具有如此優(yōu)異的電化學(xué)性能主要有以下幾個(gè)原因。首先,CNT的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)作為Ni(OH)2的均勻成核點(diǎn),可以有效防止Ni(OH)2的團(tuán)聚并提供

3、更多的電化學(xué)活性負(fù)載基點(diǎn)。其次,Ni(OH)2顆粒均勻地包裹在 CNT網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上,可以有效防止CNT束可能存在的堆疊現(xiàn)象,進(jìn)一步提高CNT的雙電層電容對(duì)NNCF整體電容的貢獻(xiàn)。最后,碳納米管膜作為一種極其優(yōu)異的電子傳輸多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),可以有效縮短活性物質(zhì)中的電子傳導(dǎo)和離子擴(kuò)散距離,充分提高Ni(OH)2的利用率和氧化還原動(dòng)力學(xué)活性。基于 NNCF電極獨(dú)特且優(yōu)異的復(fù)合結(jié)構(gòu),本文進(jìn)一步進(jìn)行了兩方面參數(shù)改變,其一是改變Ni(OH)2在碳管膜上的

4、沉積量,其二是微調(diào)不同的前驅(qū)體溶液種類(lèi)配方。改變Ni(OH)2在碳管膜上的沉積量主要是采取改變前驅(qū)體反應(yīng)物濃度和沉積次數(shù)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn),所制備的1/5NNCF(前驅(qū)體溶液濃度變?yōu)镹NCF電極的1/5)和NNCF-2(沉積兩次)與NNCF相比,1/5NNCF復(fù)合電極中Ni(OH)2的利用率最高,Ni(OH)2比電容達(dá)3671 F g-1,且高倍率循環(huán)性能最優(yōu),循環(huán)容量衰減僅為7%。通過(guò)改變前驅(qū)體溶劑種類(lèi),將過(guò)硫酸鉀換成過(guò)硫酸銨,通過(guò)控制反應(yīng)