【摘 要】
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超级电容器因功率密度高、循环性能好、充放电速率快等优点,被誉为最有前景的新型储能器件之一。超级电容器的电极材料是决定其性能的关键因素。静电纺丝碳纳米纤维因具有较大的长径比,能够缩短电子与离子的传输路径等优势,是理想的超级电容器电极材料。然而,常规静电纺丝碳纳米纤维前驱体材料主要来自于石油化工产品,如聚丙烯腈（PAN）和聚乙烯醇（PVA）等,价格昂贵且不可再生,寻找廉价和可再生的前驱体备受关注。木质
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超级电容器因功率密度高、循环性能好、充放电速率快等优点,被誉为最有前景的新型储能器件之一。超级电容器的电极材料是决定其性能的关键因素。静电纺丝碳纳米纤维因具有较大的长径比,能够缩短电子与离子的传输路径等优势,是理想的超级电容器电极材料。然而,常规静电纺丝碳纳米纤维前驱体材料主要来自于石油化工产品,如聚丙烯腈（PAN）和聚乙烯醇（PVA）等,价格昂贵且不可再生,寻找廉价和可再生的前驱体备受关注。木质素因价格低廉、高碳含量和高交联的芳香杂聚合物等因素而被认为是优良的碳前体材料。本论文以木质素为前驱体,采用静电纺丝技术制备出木质素基碳纳米纤维,对所制备的材料进行了表征并评价了其作为超级电容器电极材料的电化学性能,获得了性能优良的木质素基碳纳米纤维,主要研究工作如下:（1）将木质素和PAN作为前驱体,聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）作为造孔剂和交联剂进行纺丝,运用了扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）和物理吸附仪研究了纺丝液中PMMA的含量对于纳米纤维形貌结构、比表面积的影响,并测试了其电化学性能。结果表明,所制备的碳纳米纤维具有交联结构和大比表面积。当PMMA含量为50%时,电极比电容最高可达到233 F g-1。电流密度从0.5 A g-1变化到100Ag-1时,比容量保持率为54.5%。组装的扣式对称超级电容器具有良好的循环稳定性,在2 A g-1的电流密度下进行50,000次循环后,电容保持率为初始值的96.8%。（2）基于上一章的研究,将木质素通过缩聚反应转化为木质素酚醛树脂,随后配制前驱体溶液进行纺丝,能够极大地降低纺丝液中高分子聚合物的使用用量,得到木质素衍生碳膜（LCM）,并将LCM作为集流体。通过模板法和电沉积法分别制备的α-Fe2O3/LCM和LCM@ppy-10电极材料,运用了扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）和X射线衍射仪（XRD）对材料的形貌结构进行了表征,并测试了其电化学性能。结果表明制备的α-Fe2O3/LCM和LCM@ppy-10电极材料具有优异的电化学性能,比电容分别可达到487 mF cm-2和440 mF cm-2。（3）将上一章制备的LCM@ppy-10和α-Fe2O3/LCM电极材料组装了非对称电容器和固态非对称超级电容器。LCM@ppy-10//α-Fe2O3/LCM非对称超级电容器在1.6 V的工作电压窗口下展现出优异的容量性能（1 mA cm-2电流密度下,比容量为101 mF cm-2）和循环性能（10000次循环后,容量保持率为95%）。组装的LCM@ppy-10//α-Fe2O3/LCM固态非对称超级电容器面积和体积比电容分别可达89 mF cm-2和1.74 F cm-3,最大能量密度和功率密度能达到0.62 mWh cm-3和77.2 mW cm-3。
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