MPCVD法多孔碳膜超級電容器電極材料制備及研究.pdf

1、近年來，超級電容器因具有快的充放電速率，快速的電荷轉(zhuǎn)移特性，長的循環(huán)壽命（＞106次）及比傳統(tǒng)電池高的功率密度（～10 kW/kg）而備受關(guān)注，廣泛應(yīng)用于高功率的固定和便攜設(shè)備中，如數(shù)字通信、記憶存儲、電動汽車和日常電子設(shè)備等領(lǐng)域。
　　超級電容器根據(jù)其儲能原理不同，主要分為雙電層電容器和法拉第準(zhǔn)電容器（也叫贗電容器）。而電極材料是影響其性能的主要因素。電極材料主要分為三種類型:碳基材料，過渡金屬氧化物以及導(dǎo)電聚合物。碳基材料由于

2、優(yōu)異的導(dǎo)電性、化學(xué)穩(wěn)定性、低成本以及相對較高的比表面積而廣泛應(yīng)用于雙電層超級電容器并已實現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用。然而，目前市場上應(yīng)用的碳材料多數(shù)為粉末狀，這就意味著在制作電極的時候需要添加導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，這種工藝過程必然造成電極污染，極大地限制了離子在電極表面和電解液之間的傳遞和轉(zhuǎn)移，以及電荷從電極表面到集流體的運(yùn)動。從而很難獲得產(chǎn)能量高的超級電容器。針對這些問題，研究者提出了一些解決方法，主要集中在以下兩個方面:(1)對碳材料進(jìn)行復(fù)合和摻雜，通過

3、引入贗電容來增加其能量密度;(2)直接在導(dǎo)電集流體上制備碳膜用于快速的離子傳遞。例如多孔碳薄膜(PCF)，在超級電容器、鋰離子電池及燃料電池領(lǐng)域已經(jīng)引起了廣泛關(guān)注。尤其是作為超級電容器的電極材料，PCF顯示了優(yōu)異的性能，如快速的電流響應(yīng)，高的比電容等等。
　　本論文通過微波等離子體輔助化學(xué)氣相沉積(MPCVD)法，以C2H2作為碳源氣體，氬氣作為放電氣體，泡沫鎳作為基底，成功制備了PCF電極材料。本文主要研究了乙炔與氬氣流量比、沉

4、積時間和微波功率對PCF微結(jié)構(gòu)和性能的影響。結(jié)果表明:在C2H2∶Ar為15∶1(sccm)，沉積時間為60 min，微波功率為1000 W下制得的樣品具有優(yōu)異的電化學(xué)性能。在電流密度為2.0 A/g時，比電容達(dá)62.75 F/g，10000次充放電循環(huán)后，比電容維持為初始值的95％。此外，當(dāng)掃描速率從50 mV/s增加到1000 mV/s時，循環(huán)伏安曲線(CV)保持良好的類矩形，說明其良好的雙電層特性和頻率特性。對最優(yōu)樣品PCF進(jìn)行高