碳納米材料宏觀體的制備與儲(chǔ)能應(yīng)用.pdf

1、電化學(xué)超級(jí)電容器（Electrochemical Super Capacitor，ESC），作為一種性能介于傳統(tǒng)電容器和電池之間的新型儲(chǔ)能器件，由于其充放電速率快，效率高，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)異性能而受到世界范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注，具有廣闊的應(yīng)用前景。電極材料的選擇對(duì)電化學(xué)超級(jí)電容器的制備及性能的影響至關(guān)重要。作為一類(lèi)主要的電極材料，碳系材料的發(fā)展先后出現(xiàn)了多孔碳材料、活性碳材料、炭氣凝膠、碳納米管(CNT)及最近研究熱點(diǎn)的石墨烯。其

2、中CNT自1991年被Iijima發(fā)現(xiàn)以來(lái)，就以其超強(qiáng)的力學(xué)性能，極高的長(zhǎng)徑比，較高的化學(xué)及熱穩(wěn)定性，超強(qiáng)的導(dǎo)電性能、儲(chǔ)氫能力、吸附能力及其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)而得到世界范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注。然而經(jīng)石墨電弧法、化學(xué)氣相沉積法及激光蒸發(fā)法制備的CNT在宏觀觀察下均呈超細(xì)粉狀，由于其表面惰性、尺寸效應(yīng)而影響其優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮。如果能將其制備成宏觀體，如碳納米管網(wǎng)、碳納米管薄膜等，則可有效解決此問(wèn)題。碳纖維由于其孔隙發(fā)達(dá)及比表面積大而成為一種典型的電極材料。而石

3、墨烯的高比表面積，良好的導(dǎo)電性能也讓其成為電極材料的選擇之一。單一碳材料作為電極材料時(shí)，由于比表面積及孔徑結(jié)構(gòu)等的影響，一定程度上將限制其超級(jí)電容器的性能。而采用碳材料彼此的復(fù)合，可同時(shí)提高材料的比表面積及電學(xué)性能，從而提高其電化學(xué)性能。
　　本文主要研究了碳納米管網(wǎng)及碳系三元復(fù)合材料的制備及電化學(xué)性能，采用掃描電鏡、吸脫附曲線等測(cè)試手段，對(duì)材料形貌及結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征;采用循環(huán)伏安、恒流充放電、循環(huán)壽命和電化學(xué)交流阻抗等測(cè)試方法，討

4、論所制備材料作為超級(jí)電容器電極材料時(shí)的電化學(xué)性能。具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　1.采用明膠法將實(shí)驗(yàn)室自制的超細(xì)粉狀CNT制備成明膠式碳納米管網(wǎng)前驅(qū)體(g-CNTNp)及明膠式碳納米管網(wǎng)(g-CNTN)，對(duì)兩者的電化學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，g-CNTN具有更加優(yōu)異的電化學(xué)性能，比容量達(dá)158.1 F·g-1（有機(jī)電解液）。
　　2.采用界面靜置法將超細(xì)粉狀CNT制備成碳納米管網(wǎng)前驅(qū)體(i-CNTNp)，經(jīng)過(guò)后續(xù)處理后，得到碳

5、納米管網(wǎng)(i-CNTN)，對(duì)兩者的電學(xué)、力學(xué)及電化學(xué)性能進(jìn)行表征，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，i-CNTN具有更加優(yōu)異的電學(xué)、力學(xué)及電化學(xué)性能，在有機(jī)電解液中的比容量達(dá)104.0 F·g-1。
　　3.將商用碳纖維進(jìn)行純化處理，得到純化碳纖維(pCF)，通過(guò)化學(xué)氣相沉積法(CVD)在其表面原位生長(zhǎng)CNT，得到碳系二元網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料(pCF/CNT)再經(jīng)過(guò)進(jìn)一步原位復(fù)合，在pCF/CNT的表面原位復(fù)合石墨烯(HRG)，得到碳系三元網(wǎng)絡(luò)復(fù)合材料(pC