氮摻雜多孔碳納米纖維應用于高性能超級電容器

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。……