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氮摻雜多孔碳納米纖維應用于高性能超級電容器

2020-09-10 07:22:44林宇娟
中國化工貿易·上旬刊 2020年6期

林宇娟

摘 要:本文采用單噴嘴靜電紡絲技術,將聚丙烯腈(PAN)與DMF溶液制備前驅液,紡成納米纖維,然后對柔性CNFs進行穩定化、NH3活化碳化處理,所得樣品柔性良好無需粘結劑和導電添加劑直接用作SCs電極。由于其多孔結構和較高的N摻雜水平(10.66%),PCNF-750在1A/g時的比電容為247.3 F/g。

關鍵詞:靜電紡絲;碳納米纖維;柔性;高氮含量

1 引言

超級電容器(SCs)由于其高能量和功率密度以及長周期壽命已成為有前途的儲能技術。多孔碳材料是目前應用最廣泛的SCs電極材料,通過靜電紡絲制備的碳納米纖維(CNFs)由于其可控制的比表面積(SSA)、獨特的一維納米結構、高導電性[1],特別是其無需粘結劑和導電添加劑可直接制備成電極的性能,是一種很有前途的SCs候選材料。但其較低SSA和較差水溶液潤濕性仍是制約其廣泛應用的瓶頸[2]。到目前為止,大量的研究工作都集中在通過提高CNFs的孔隙率來改善其電容性能[3]。NH3活化方式簡單,主要產生微孔,而豐富微孔結構能提供較高SSA,為電解液離子的積聚提供了充足的活性位點,從而提高了電荷的存儲密度。

在本文中,我們提出了一種簡單的方法來制備CNFs薄膜,NH3活化,提高電化學性能。我們發現用NH3活化制備的CNFs具有較高的SSA和氮含量,制備的SCs電極展現了高比電容、良好的倍率容量和良好的循環性能。

2 實驗部分

2.1 多孔CNFs的制備

以武漢科技大學提供的PAN為原材料,采用NH3活化的方法制備多孔CNFs。具體實驗步驟如下:稱取8%PAN溶解于N,N-二甲基甲酰胺(DMF),60℃下攪拌12h。靜電紡絲制備納米纖維,真空干燥。……

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