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基于电纺石墨化纤维膜的复合纳米材料的制备及其储电性能研究

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第一章绪论

1.1超级电容器概述

1.1.1超级电容器的概念及组成

1.1.2超级电容器的工作原理及分类

1.1.3超级电容器特点及用途

1.1.4超级电容器的发展趋势

1.2聚苯胺纳米材料的制备及其在超级电容器中的应用

1.2.1 聚苯胺简述

1.2.2聚苯胺的合成途径、特性及应用

1.2.3聚苯胺纳米材料在超级电容器中的应用研究进展

1.3电纺纳米材料及其在超级电容器中的应用

1.3.1静电纺丝技术概述

1.3.2静电纺丝技术的应用

1.3.3 电纺纳米材料在超级电容器中的应用

1.4本论文研究的意义及内容

第二章 实验原理及过程

2.1 超级电容器的电化学测试原理

2.1.1循环伏安图提供的信息

2.1.2 恒电流充放电曲线提供的信息

2.1.3交流阻抗谱提供的信息

2.2实验部分

2.2.1实验试剂及表征仪器

2.2.2实验过程

2.2.3测试与表征

第三章 基于石墨化纤维膜的复合纳米材料的制备及其储电性能研究

3.1 聚苯胺/石墨化纤维复合纳米材料的制备及其储电性能研究

3.1.1红外图谱解析

3.1.2形貌表征

3.1.3.电化学测试结果与分析

3.1.4小结

3.2 基于石墨化纤维膜的碳/碳复合纳米材料的制备及其储电性能研究

3.2.1形貌分析

3.2.2. XPS分析结果

3.2.3.电化学测试结果与分析

3.2.4小结

3.3 基于电纺石墨化纤维膜的活性炭纳米材料的制备及其储电性能研究

3.3.1形貌分析

3.3.2电化学电容性能测试结果

3.3.3小结

3.4 总结

参考文献

致谢

硕士期间研究成果目录

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摘要

本论文以由直径在亚微米范围的电纺石墨化纤维(EGF)组成的石墨化纤维膜作为基底,通过后续的化学和物理方法在石墨化纤维上生长具有电化学电容活性的纳米线,制备了三类具有层次孔结构的三维复合纳米材料。这几类材料具有由亚微米纤维间微米级孔隙和纳米线间纳米级孔道组成的层次孔结构,同时还继承了基底电纺石墨化纤维膜的三维网状自支撑结构。这些独特的结构特点,不仅简化了电极的制作过程,同时提高了电活性物质的利用率、电极的快速充放电能力以及稳定性等。电化学测试表明这几类材料都具有良好的电化学电容性能,是优良的超级电容器电极材料。
  本论文主要包括以下三个方面的工作:
  1.以电纺石墨化纤维膜作为基底,通过苯胺原位化学聚合,在其上生长了聚苯胺(PANI)纳米线,制备了聚苯胺/石墨化纤维复合纳米材料(PANI/GF)。实验表明,当苯胺与过硫酸铵的浓度比为0.03M:0.0075M时,制备的复合材料PANI/GF-3具有最佳的形貌结构和电化学电容性能。当充放电电流密度为0.4 A/g时,其比电容量达976.5 F/g,在50 A/g的大电流密度下,其比电容量仍能保持50.9%(497.4 F/g)。在10 A/g电流密度下,1000周期后,其比电容量仅衰减10.8%。
  2.以PANI/GF-3为原料,经不同温度碳化后得到一系列基于电纺石墨化纤维膜的碳/碳复合纳米材料。实验结果表明,碳化后各样品都呈现典型的双电层电容特征,快速充放电性能有了较大提高,其中700℃碳化的样品C700具有最佳的电化学电容性能。当充放电电流密度为0.5A/g时,其比电容量达到106.2 F/g,在100 A/g的大电流密度下,其比电容量仍能保持53.2%(56.5 F/g)。
  3.以C700为原料,以KOH溶液浸泡活化,制备了一系列基于电纺石墨化纤维膜的活性碳/碳复合纳米材料。实验结果表明,0.1M KOH溶液为最佳活化剂;经0.1M KOH溶液浸泡,在不同温度下活化的样品其电化学电容性能均有较大提高,其中以600℃活化的样品AC600性能最佳。当充放电电流密度为0.5 A/g时,其比电容量达到176.5 F/g,在100 A/g的大电流密度下,其比电容量仍能保持66.6%(117.6 F/g),较活化前提高了108.1%。

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