納米碳管基電極的電化學和脫鹽性能研究.pdf

1、本文以多壁納米碳管、活性炭、氧化鎳為液流式超級電容器的電極材料，分別進行材料制備、電極制備及用于液流式超級電容器中對不同無機鹽溶液電化學和脫鹽性能的研究。本文的主要研究內容和創(chuàng)新點歸納如下： (1)以Ni-SiO<,2>二元氣凝膠為催化劑，采用化學氣相沉積法制備出不同管徑的納米碳管。利用該法制備的納米碳管純度較高，熱穩(wěn)定性較好。利用透射電子顯微鏡、粉末體積電阻率儀、氮氣吸附測試和X射線衍射分析等測試手段研究納米碳管形態(tài)結構，結果

2、表明：納米碳管具有巨大的長徑比，以中孔分布為主。納米碳管的管徑對納米碳管的性能有著很大的影響，納米碳管管徑越大，越趨向于石墨化，電阻越低，并且內壓能夠增加納米碳管粉末的導電性；納米碳管的管徑越小，粉末的比表面積和孔容越大。 (2)添加不同種類和含量的粘結劑，通過冷壓和熱壓方法，結合炭化處理等工藝制備納米碳管電極。通過SEM對電極斷面進行形貌分析，發(fā)現(xiàn)熱壓成型的、經炭化后內部空隙顯著多于冷壓成型電極和炭化前電極；利用電池測試儀分析

3、比較不同成型工藝制備的電極在無機鹽溶液中的充放電性能，發(fā)現(xiàn)熱壓成型的電極炭化后，電極的比電容不僅優(yōu)于炭化前電極，且明顯優(yōu)于冷壓成型電極。根據(jù)電極循環(huán)使用測試比較，發(fā)現(xiàn)用酚醛樹脂為粘結劑熱壓成型所得電極經過炭化后，其使用壽命最長。 (3)納米碳管電極在-0.8和0.2 V之間的循環(huán)伏安曲線矩形性和對稱性相當高，這表明納米碳管作為電極活性材料的電化學超級電容器有著相當好的循環(huán)性能、電容穩(wěn)定性能和良好的再生性能。無機鹽的種類對納米碳管

4、電極的電容量和電荷傳遞電阻產生重大的影響，電流越小，納米碳管電極產生的電容量越大，納米碳管電極電吸附脫鹽能力由大到小依次為Na<,2>SO<,4>、KCl、NaCl、MgSO<,4>、CaCl<,2>、CuSO<,4>，使用壽命超過10000次。 (4)活性炭具有超大比表面積和優(yōu)異孔洞分布，分析活性炭電極阻抗、循環(huán)伏安和充放電性能的結果表明，活性炭具有優(yōu)異的電化學活性，研究該電吸附脫鹽性能的結果表明，活性炭具有比納米碳管更大的比

5、電容量和脫鹽性能。但是活性炭存在電阻過大、能耗較高且強度不高等缺點。研究活性炭與納米碳管不同比例復合電極性能，發(fā)現(xiàn)添加少量的納米碳管能在一定程度上提高電極比表面積、孔容及比電容，同時降低電極電阻率。當納米碳管與活性炭質量比為10:90時，制成電極的比表面積達到1309.1 m<'2>/g，在5000 mg／L的Na<,2>SO<,4>溶液中，電極比電容達到54.20 F/g，比脫鹽量達到8.23 mg/g。 (5)利用液相法制成的納米碳

6、管/氧化鎳復合管材料，該材料管徑均勻、純度高。采用納米碳管/氧化鎳/活性炭復合電極，通過電化學性能測試發(fā)現(xiàn)，氧化鎳能夠有效增加電極對Na<,2>SO<,4>、KCI、NaCl等一價堿金屬陽離子溶液的脫鹽量。 (6)液流式超級電容器對KCl、NaCl、Na<,2>SO<,4>等一價堿金屬陽離子溶液有著非常顯著的脫鹽效果，其次為NgSO<,4>、CaCl<,2>等二價堿土金屬陽離子溶液。由于CuSO<,4>在通電的作用下發(fā)生分解，產