氮摻雜多孔碳納米纖維應(yīng)用于高性能超級(jí)電容器

林宇娟

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

關(guān)鍵詞：靜電紡絲;碳納米纖維;柔性;高氮含量

1 引言

超級(jí)電容器（SCs）由于其高能量和功率密度以及長(zhǎng)周期壽命已成為有前途的儲(chǔ)能技術(shù)。多孔碳材料是目前應(yīng)用最廣泛的SCs電極材料，通過(guò)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(dú)特的一維納米結(jié)構(gòu)、高導(dǎo)電性[1]，特別是其無(wú)需粘結(jié)劑和導(dǎo)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(rùn)濕性仍是制約其廣泛應(yīng)用的瓶頸[2]。到目前為止，大量的研究工作都集中在通過(guò)提高CNFs的孔隙率來(lái)改善其電容性能[3]。NH3活化方式簡(jiǎn)單，主要產(chǎn)生微孔，而豐富微孔結(jié)構(gòu)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(diǎn)，從而提高了電荷的存儲(chǔ)密度。

在本文中，我們提出了一種簡(jiǎn)單的方法來(lái)制備CNFs薄膜，NH3活化，提高電化學(xué)性能。我們發(fā)現(xiàn)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(xiàn)了高比電容、良好的倍率容量和良好的循環(huán)性能。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 多孔CNFs的制備

以武漢科技大學(xué)提供的PAN為原材料，采用NH3活化的方法制備多孔CNFs。具體實(shí)驗(yàn)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。……