同軸靜電紡絲制備芯殼結(jié)構(gòu)高能電容器電極材料及研究.pdf

1、為滿足高功率密度的要求,具有高功率密度的超級電容器自然引起了人們的注意,開發(fā)性能優(yōu)良的超級電容器電極材料是當(dāng)前研究的主要目標(biāo)。
　　本文主要采用同軸靜電紡絲法,制備以氮化鈦(TiN)為芯層,贗電容材料為殼層的具有芯殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合纖維。分別是殼層為氮化釩(VN)的TiN-VN復(fù)合纖維,以及殼層為一氧化錳(MnO)的TiN-MnO纖維。并利用掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、X射線電子衍射(XRD)、X射線能譜分析(E

2、DS)、物理吸附儀等測試手段對材料進行了表征。最終采用三電極體系對電極材料的超級電容行為進行了研究,分別進行了循環(huán)伏安(CV)、充放電以及交流阻抗測試.并分析了其機理。主要工作如下:
　　1.以鈦酸四丁酯和乙酰丙酮錳為原料,通過同軸靜電紡絲法制備了TiN-MnO芯殼結(jié)構(gòu)纖維,分別對其結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性質(zhì)進行了表征測試。由SEM圖像可知.所制備的TiN-MnO芯殼結(jié)構(gòu)纖維在處理前均為表面光滑的連續(xù)一維結(jié)構(gòu),直徑約1μm,經(jīng)過高溫氨氣處理

3、以后纖維變細變短,直徑約600 nm,并且表面粗糙帶孔。同時由TEM測試表明,所制備的纖維為典型的芯殼結(jié)構(gòu),并且在纖維表面有一薄碳層。經(jīng)BET測試,TiN-MnO芯殼結(jié)構(gòu)纖維的比表面積為16 m2/g。由XRD分析可知,所制備的TiN-MnO芯殼結(jié)構(gòu)纖維為純相的TiN和MnO,沒有其他雜相。通過超級電容器性能測試,TiN-MnO與單獨MnO相比倍率性能明顯提高,同時由常循環(huán)性能曲線可知其循環(huán)性能還可以接受,并通過EIS測試研究了其容量有

4、所衰減的原因,進一步證明了。TiN-MnO芯殼結(jié)構(gòu)纖維是一種有潛力的超級電容器電極材料,需要進一步開發(fā)研究以進入實際應(yīng)用。
　　2.以鈦酸四丁酯和乙酰丙酮釩為原料,采用同軸靜電紡絲法制備了TiN-VN芯殼結(jié)構(gòu)纖維。通過不同釩鈦比例纖維的電化學(xué)表征確定V∶Ti≈1∶2(摩爾比)具有最好的性質(zhì),并以此比例為豐要研究對象。SEM和TEM表征證明,纖維呈明顯的一維結(jié)構(gòu),并且長短不一,分布比較廣泛,纖維直徑1μm左右。經(jīng)過800℃高溫氨氣處

5、理1h后,所得到的TiN-VN纖維明顯變細變短并且非常粗糙,由顆粒狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成。纖維直徑約為500 nm,芯層直徑約300 nm。TiN-VN纖維的HRTEM表征說明所制備的TiN-VN纖維為典型的多晶結(jié)構(gòu)并被無定形的碳包覆。通過元素分析測試表明TiN-VN纖維的含碳量為13%左右。通過XRD測試,TiN-VN纖維較好地復(fù)合了TiN與VN。經(jīng)BET測試,其比表面積高達169 m2/g,平均孔徑大小約為3 nm。經(jīng)循環(huán)伏安測試,TiN-VN