纳米球改性活性碳纤维复合电极材料储能性能研究

来源 :黑龙江大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhuqs
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本论文以聚丙烯腈纤维为碳基,首先利用反向乳液聚合法,制备酚醛基微球和聚苯乙烯球。其次通过化学镀和镀液制备了镀有镍金属镀层的聚苯乙烯球,最后,通过静电纺丝法,预氧化和碳化的方法,分别制备了酚醛基微球改性的聚丙烯腈基活性碳纤维复合材料(RFC/ACF),聚苯乙烯球掺杂改性的聚丙烯腈基活性碳纤维复合材料(PS/ACF),还有镀镍聚苯乙烯球掺杂改性的聚丙烯腈基活性碳纤维复合材料(Ni/PS/ACF)。采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)分别对复合材料的结构和微观形貌进行了表征。同时,分别利用循环伏安(CV)、交流阻抗在三电极电化学工作站中对材料的电化学性能进行了测试。分别利用制备的聚丙烯腈基碳纤维复合材料作为电极材料组装成超级电容器器件,并通过电池测试系统对器件的比电容和循环稳定性进行了测试。实验结果表明,改性后的碳纤维复合材料形成珠链式结构,其中基于PAN基纤维的碳材料用作主体,酚醛树脂微球、聚苯乙烯球、镀镍聚苯乙烯球作为改性剂。使改性后的碳纤维复合材料中纤维之间的孔隙率增加,使电解质离子更容易进入扩散到碳纤维复合材料内部。制备出RFC/ACF-0.3复合材料的比电容值为398.2 F/g,PS/ACF-0.3复合材料的比电容值为1330.6 F/g,Ni/PS/ACF-0.3复合材料的比电容值为1457.6 F/g,Ni/PS/ACF-0.3比电容值最高。PS/ACF-0.3比RFC/ACF-0.3的优势在于具有稳定的中空的珠链式结构用来储存电荷,Ni/PS/ACF-0.3比PS/ACF-0.3的优势在于具有中空的核壳式结构用来储存电荷,镍金属镀层提供赝电容。因此本论文中所制备的聚丙烯腈基碳纤维复合材料具有应用于超级电容器电极材料的潜能。
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