超级电容器用RGO@P(VDF-HFP)/PAN基电极材料及P(VDF-HFP)多孔隔膜的制备及性能研究

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静电纺丝法具有着高效、简单、易于工业化和原料来源广等优点,是一种连续制备高的长径比以及具有自支撑结构超细纤维膜的方法,其在制备超级电容器用隔膜和电极活性物质方面具有很高的应用价值。本文利用静电纺丝技术制备多孔氟共聚物电极隔膜以及碳纤维电极材料,以离子液体作为电解液组装成超级电容器,主要进行以下几个方面研究:(1)含氟聚合物聚偏氟乙烯-六氟丙烯(P(VDF-HFP))多孔纤维膜的制备。以P(VDF-HFP)作为成纤维材料,不同型号的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为致孔剂,采用静电纺丝法通过相分离过程得到P(VDF-HFP)多孔纤维电极隔膜。结果显示,当P(VDF-HFP)浓度为20 wt%、PVP型号为PVP K30且浓度为35 wt%、P(VDF-HFP):PVP=5:3.5时,所制得的P(VDF-HFP)多孔纤维膜具有良好的孔隙结构。孔隙率为1.650×100%。(2)RGO@复合碳纤维的制备。以P(VDF-HFP)和聚丙烯腈(PAN)为成纤物质,将制备的氧化石墨(GO)通过表面活性剂进行表面改性,将其与P(VDF-HFP)/PAN复合静电纺丝前驱液进行共混,通过静电纺丝法制备GO@P(VDF-HFP)/PAN纤维。结果显示,当P(VDF-HFP)浓度为20 wt%、PAN浓度为17 wt%、用于GO改性的表面活性剂为十二烷基三甲基氯化铵(DTAC)、P(VDF-HFP):PAN=1:3时,能够较好的使P(VDF-HFP)/PAN纤维负载GO,制得的GO@P(VDF-HFP)/PAN纤维具有良好的形貌结构。(3)将制得的GO@P(VDF-HFP)/PAN纤维经过热处理得到RGO@P(VDF-HFP)/PAN碳纤维,通过BET分析,结果显示,其比表面积达到了1799.0 m2·g-1。使用制得的P(VDF-HFP)多孔纤维膜为隔膜、RGO@P(VDF-HFP)/PAN碳纤维为电极材料、离子液体为电解质,组装全纤维超级电容器。利用交流阻抗分析、循环伏安分析和恒电流充放电分析等对其电化学性能进行表征。结果显示,全纤维型超级电容器具有着较低内阻(0.74Ω)、高的比电容(154.0 F·g-1)、较高的能量密度(262.0Wh·kg-1)、高的功率性能(39.7 kW·kg-1)、充放电效率为99.0%。
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