纤维素基碳气凝胶的制备及非对称超级电容器性能研究

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非对称超级电容器(ASC)作为新型绿色储能器件,相对于传统超级电容器具有更高的能量密度,同时兼具高功率密度和快速充放电等优点,因此受到了广泛的关注和研究。ASC的性能主要受到两个因素影响,即电压范围和比容量,基于此,制备高性能的电极材料,并进行合理的选择和组装,构建高性能的非对称超级电容器。本文首先对负极材料进行研究,利用甲基纤维素为碳源,制备了硼氮共掺杂的碳气凝胶(BN-MC),电化学性能测试表明,材料在1 A g-1电流密度下,其比容量大约为178.0 F g-1,并且展现出良好的导电性和稳定性。在此基础上,合成以BN-MC作为包覆层的二氧化锰(MnO2)复合纳米线正极材料,有效改善MnO2的导电性和循环过程中的团聚现象。通过电化学性能测试,结果表明比容量可达319.4 F g-1,高于MnO2的电容行为。为进一步改善MnO2的性能,利用TPPS交联和掺杂的聚苯胺(PANI)凝胶作为导电基体,合成PANI/MnO2纳米片同轴复合材料,为电解质离子提供丰富的表面活性位点和电子传输通道,其比容量可以达到575.0 F g-1,同时具有优异的导电性和循环稳定性。最后,以BN-MC作为负极,BN-MC/MnO2和PANI/MnO2分别作为正极材料,组装非对称超级电容器。电化学性能测试结果表明,以PANI/MnO2作为正极材料的ASC,能量密度可达到52.7 Wh kg-1,高于BN-MC/MnO2的31.7 Wh kg-1的能量密度,并且经过2000次充放电循环,容量损失仅为9.8%,展现出良好的循环稳定性,有利于推动新型非对称超级电容器的开发和应用。
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