碳纳米管海绵纳米复合材料的制备及其在超级电容器中的应用

摘要

超级电容器依靠较大的比电容可存储大量电荷，再加上其功率密度高，循环寿命长等优势，在电力、电子、航天等领域有着广泛的应用。作为影响超级电容器性能的关键因素之一，电极材料的性能尤为重要。因此有必要加大对电极材料（尤其是新型材料）的开发和利用。本文采用三维网络状结构的碳纳米管海绵，对其进行一系列的处理之后，直接用作超级电容器的电极，省去了诸如涂布等工艺，这对后续的应用具有重要意义。
　　主要研究工作如下：采用一定比例的混酸对碳纳米管海绵的管壁进行处理，使之引入一定数量的官能团（包括-OH、-COOH等）。这样可提高其亲水性，使碳纳米管海绵与水系电解液充分浸润。研究发现混酸处理过的碳纳米管海绵能较好地浸入水系电解液中。经过电化学测试表明碳纳米管海绵在混酸处理6小时后的电化学行为最好，在扫描速率速为1mV/s时比容量达到68F/g。
　　在此基础上采用电沉积方法制备了碳纳米管海绵-聚苯胺复合材料，并采用FT-IR，XRD，SEM，TEM等方法表征了其结构。同时通过电化学技术（CV、恒电流充放电，交流阻抗等）测试了不同聚苯胺含量的复合材料的电化学行为。结果显示，组装成的两电极体系中，当聚苯胺百分含量在63％左右时复合材料电极的性能最好。在0.5A/g电流密度下比容量为200F/g，升高电流密度至5 A/g时比容量还有180F/g。在100 mV/s的扫速下循环10000次后比容量保持75.2%。以此复合材料组装不对称电容器，能量密度达到15.1W h/K g，功率密度达到1598W/Kg。在电流密度为2A/g下循环3000次后比容量保持94.3%。
　　同时还制备了碳纳米管海绵-氢氧化镍的复合材料，并通过 XRD，S EM， TEM等方法分析了其微观结构和通过电化学技术（CV，恒电流充放电，交流阻抗等）监测了其电化学行为。测试数据说明，当氢氧化镍百分含量为53%附近时复合材料的性能最佳。在0.5A/g的电流密度时比容量为588.4F/g，在5A/g电流密度时比容量还有400F/g。以50 mV/s的扫速循环10000次后比容量保持94%。

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第一章 绪论

1. 1 引言

1. 2 超级电容器简介

1. 3 超级电容器的工作原理

1. 4 超级电容器的材料

1. 5 碳纳米管

1. 6 聚苯胺

1. 7 氢氧化镍

1. 8 超级电容器电极材料的研究现状与应用

1. 9 本论文的选题意义及研究内容

第二章 实验介绍

2. 1 实验药品

2. 2 实验仪器

2. 3 样品表征方法

2. 4 超级电容器组装

2. 5 三电极、两电极测试体系介绍

2. 6 电化学测试介绍

第三章 碳纳米管海绵作为超级电容器电极材料的研究

3. 1 引论

3. 2 实验部分

3. 3 结果与讨论

3. 5 本章小结

第四章 碳纳米管海绵-聚苯胺复合材料的制备与研究

4. 1 引言

4. 2 碳纳米管海绵-聚苯胺复合材料的制备

4. 3 碳纳米管海绵-聚苯胺复合材料的结构表征

4. 4 碳纳米管海绵-聚苯胺复合材料的电化学性能表征

4. 5 本章小结

第五章 碳纳米管海绵-氢氧化镍复合材料的制备与研究

5. 1 引言

5. 2 碳纳米管海绵-氢氧化镍复合材料的制备

5. 3 碳纳米管海绵-氢氧化镍复合材料的结构表征

5. 4 碳纳米管海绵-氢氧化镍的电化学表征

5. 5 本章小结

第六章 结论

致谢

参考文献