【摘 要】
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为了应对能源需求的快速增长,提升以超级电容器为代表的新能源器件的性能己成为能源储存领域急需解决的问题。其中电极材料作为核心组成构件,对超级电容器的性能有着重要影响
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为了应对能源需求的快速增长,提升以超级电容器为代表的新能源器件的性能己成为能源储存领域急需解决的问题。其中电极材料作为核心组成构件,对超级电容器的性能有着重要影响。锡基材料具有成本低廉、较高的理论容量和良好的循环稳定性等优势,成为了电化学能量存储系统中极具竞争力的候选者。本文利用具有良好导电性能的一维碳纳米纤维(CNFs)为载体,利用静电纺丝、高温碳化等技术,将碳纤维与锡基材料结合形成复合材料,并探究其作为电极材料对赝电容器电化学性能的影响。随后,通过优化复合材料的组成、结构,提升复合材料的电化学性能。主要工作分为以下三个部分:1. 利用静电纺丝、高温碳化等方法制备系列Sn Ox/CNFs复合材料,通过改变碳化温度与条件得到不同价态的碳纤维载锡基复合电极材料(Sn/CNFs,Sn O/Sn O2/CNFs,Sn O2/CNFs),系统考察了Sn的价态对超级电容器性能的影响。结果显示,Sn/CNFs复合材料电化学性能最优,在电流密度为0.5 A g-1时,比电容值为761 F g-1;在5 A g-1的电流密度下循环10000次,电容保持率为114%。2. 为了进一步优化复合材料的电化学性能,在上一工作的基础上,引入Zn O和聚苯乙烯(PS)致孔剂,制备系列多孔碳纳米纤维载锡锌双金属(Sn Ox-Zn O/MCNFs)复合电极材料,应用于超级电容器中。系统考察了双金属协同作用机制。通过进行电化学性能测试,证明当浸渍Zn(CH3COOH)2为10 mmol L-1时,复合材料的电化学性能最优,在0.5 A g-1的电流密度下比电容值为783 F g-1;在5 A g-1的电流密度下循环5000次,电容保持率为87%。3. 在以上工作基础上,改性PAN表面氰基官能团,形成偕氨肟基。偕氨肟基的引入不仅增加复合材料对Zn2+配位能力,还增加了氮元素的含量和种类,提高材料的导电性和润湿性。通过改变焙烧温度与条件,调控电极材料表面四种不同种类氮的比例,并探究不同种类氮对复合材料电化学性能的影响。结果显示,吡啶氮和吡咯氮为超级电容器提供额外的赝电容;季铵盐氮和氧化吡咯氮的存在有效促进电子传输并改善碳质材料电导率。复合材料在0.5 A g-1的电流密度下比电容值为810 F g-1;在5 A g-1的电流密度下循环5000次,电容保持率为119%。
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