煤基碳納米纖維復(fù)合材料的制備及其在超級(jí)電容器中的應(yīng)用.pdf

1、超級(jí)電容器具有較高的功率密度和循環(huán)穩(wěn)定性，并可實(shí)現(xiàn)快速充放電，使其在儲(chǔ)能領(lǐng)域中展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。隨著柔性可穿戴式及便攜式功能化電子器件(移動(dòng)電話、數(shù)碼相機(jī)和筆記本電腦等)的發(fā)展。目前，如何進(jìn)一步制備高容量的超級(jí)電容器并使其柔性化，已成為超級(jí)電容器領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。鑒于電極材料對(duì)超級(jí)電容器電化學(xué)性能的影響，制備高性能的電極材料是超級(jí)電容器研究的重點(diǎn)。本論文采用新疆黑山煤為原料，通過(guò)濃硫酸濃硝酸混酸處理煤，以酸處理煤/聚丙烯腈作為碳源，采

2、用靜電紡絲法制備柔性煤基碳納米纖維(CBCNFs)。以柔性CBCNFs作為載體，通過(guò)不同的方法制備CBCNFs/PANI和CBCNFs/MnO2復(fù)合材料，并對(duì)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與形貌進(jìn)行表征，研究了材料的電化學(xué)性能，分析探討了材料結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系。
　　本文的主要內(nèi)容如下：
　　(1)采用新疆黑山煤為原料，用混酸(濃硫酸和濃硝酸的體積比為3:1)對(duì)原煤進(jìn)行處理，以酸處理煤/聚丙烯腈作為碳源，采用靜電紡絲法制備納米纖維前軀體，

3、后經(jīng)預(yù)氧化、碳化、CO2活化制得柔性CBCNFs。對(duì)材料的結(jié)構(gòu)與形貌進(jìn)行了表征，分析材料的比表面積和孔徑分布，并探究 CBCNFs的電化學(xué)性能。結(jié)果表明，CBCNFs在0.5 A/g的電流密度下具有233 F/g的比電容值，在2 A/g電流密度下循環(huán)2000圈后比電容保持率為90％。
　　(2)使用混酸(濃硫酸和濃硝酸的體積比為3:1)對(duì) CBCNFs表面進(jìn)行功能化處理，引入含氧官能團(tuán)，以利于PANI在CBCNFs表面均勻負(fù)載。選

4、用過(guò)硫酸銨作為氧化劑，H2SO4作為摻雜酸，通過(guò)快速混合聚合苯胺的方法，在不同苯胺濃度、H2SO4濃度、苯胺/過(guò)硫酸銨摩爾比下分別制備得到CBCNFs/PANI復(fù)合材料。結(jié)果表明，當(dāng)苯胺濃度為0.015 M、H2SO4濃度為2 M、苯胺/過(guò)硫酸銨摩爾比為1:1時(shí)制備的CBCNFs/PANI復(fù)合材料具有最佳電化學(xué)性能。當(dāng)充放電電流密度為0.5 A/g時(shí)，其比電容達(dá)458 F/g，且在2 A/g電流密度下，循環(huán)1000圈后其比電容保持率為8

5、7%。
　　(3)利用第二章酸化處理的CBCNFs作為載體，過(guò)硫酸銨作為氧化劑，改用HCl為摻雜酸，采用快速混合聚合苯胺的方法，制備CBCNFs/PANI復(fù)合材料，電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，當(dāng)HCl濃度為1 M時(shí)，制備的復(fù)合材料CBCNFs/PANI-1M具有最大比電容，在0.5 A/g電流密度下，其比電容達(dá)480 F/g。
　　(4)采用等離子體技術(shù)對(duì)CBCNFs進(jìn)行表面改性，在KMnO4水溶液中通過(guò)原位還原法，制備CBCNFs