碳纳米管基超级电容器电极材料的制备及其电化学性能研究.pdf

哈尔滨工程大学硕士学位论文碳纳米管基超级电容器电极材料的制备及其电化学性能研究姓名:谢苗苗申请学位级别:硕士专业:应用化学指导教师:魏彤 2012-03-13 碳纳米管基超级电容器电极的制备及其电化学性能的研究手葡要超级电容器(Supercpaaciotr)因其功率密度大、充电电池能量密度高、可快速充放电、寿命长等优点,作为一种新型能源愈来愈受到人们的关注。各种碳材料是超级电容器中最早使用的电极材料,应用也最广。自199i年发现以来,碳纳米管就引发碳材料的研究的新热潮,因其独特的纳米尺度的中空结构、结晶度高、较大的比表面积、良好的导电性,将其用作超级电容器电极材料进行了大量研究工作。但纯碳纳米管的超级电容器比容量相对小,将碳纳米管与导电聚合物或金属氧化物的复合材料作为超级电容器的电极材料是目前发展的主要趋势。本文利用碳纳米管作为基体,制备了双壁碳纳米管/二氧化锰复合材料及多壁碳纳米管/聚苯胺(MWNT/PANI)复合材料,并进一步将MWNT/PANI复合材料碳化,制备碳复合材料。本文采用x射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等表征方法对制备的样品的微观形貌进行了分析,通过循环伏安,恒流充放电,交流阻抗等电化学测试研究了样品电化学性能。 T/Mn02复合材料,并对二氧化锰在碳纳米管表面负载机理进行研究,Ts/Mn02复合材料电化学性能的影响。高锰酸根离子浓度较低优先在碳纳米管内负载沉积,浓度较高则主要在碳纳米管外表面负载沉积。由于制备的复合材料的特殊结构,Ts/Mn02复合材 Ts和Mn02两种组分之间存在协同效应,因而复合材料的电化学性能良好,不仅具有良好的导电性,而且电化学可逆性好,容抗性强。%MN02 复合材料,不仅具有高的比容量( F'g。1在2mV·S‘1的扫速下),优良的循环稳定性(循环2000圈后,%)。通过原位聚合制备了多壁碳纳米管/聚苯胺(MWNT/PANI)复合材料,同时考察不同 MWNT含量对MWNT/PANI复合材料电化学性能的影响。结果表明,复合材料的比容量与多壁管含量有关,MWNT含量低(如MWNT/:50,MWNT/PANI一1:80)时,复合材料的容量比纯PANI的低,而MWNT含量较高时(MWNT/:20)时,复合物的容量比纯PANI高。因此论文进一步对这些MWNT/PANI复合材料进行碳化处理,研究其做为碳复合材料的电化学性能。经碳化处理,相比碳化前的聚合物,容量有所提高,如在2 mV·sd扫速下,C—MWNT/PANI一1:-1F远远高出MWNT/:50的 120F·g一。纯聚苯胺碳化物(,):50两个碳化样品进行循环寿命哈尔滨:】二程火学硕+学位论文测试,可知这两者的比容量在100 mVs。1的扫速下循环2000圈后,相对初始比容量,%、%,具有极高的循环保持率。最后,论文还研究了微波还原氧化石墨(G0),制备了MWGO样品。其在2 'g~。在原始GO溶液中添加KOH制备了MWKGO样品。KOH的加入,能进一步对微波样品表面改性,并在其表面造孔径约2~3 nm的微孔,而该孔径为最适孔径,能有效地利用电极活性材料。对MGKGO样品进行循环寿命测试,5000 %,其电化学性能稳定。关键词:碳纳米管;二氧化锰;聚苯胺;超级电容器碳纳米管基超级电容器电极的制备及其电化学性能的研究 ABSTRACT Because ofitshigh power density,high energy density,fast charging& cyclye life,Supercapacitors—a new type energy storage device—have attractedmore andmore all kinds ofelectrode materials forsupercapacitors,carbon materials have beenwidely first discovered inl991,carbon nanotubes havetriggered anew wave ofresearch on carbon materials,for itsunique nano—scalehollow structure,highcrystallinity, largespecific surfacearea,