【摘 要】
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超级电容器功率密度与循环寿命等方面优异的性能,使其在动力以及稳定性要求较高的领域有着极大发展前景。超级电容器的电化学性能受电极材料、电解液以及隔膜等因素的影响,而其中电极材料的性能则决定了电容器的电化学性能。二维碳化钛(Ti3C2Tx)是一种新型的二维层状材料,具备大量的表面活性位点以及优异的电导率,是一种非常有前景的超级电容器电极材料,Ti3C2Tx/多孔碳纤维(PCNF)电极是利用静电纺丝技术
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超级电容器功率密度与循环寿命等方面优异的性能,使其在动力以及稳定性要求较高的领域有着极大发展前景。超级电容器的电化学性能受电极材料、电解液以及隔膜等因素的影响,而其中电极材料的性能则决定了电容器的电化学性能。二维碳化钛(Ti3C2Tx)是一种新型的二维层状材料,具备大量的表面活性位点以及优异的电导率,是一种非常有前景的超级电容器电极材料,Ti3C2Tx/多孔碳纤维(PCNF)电极是利用静电纺丝技术将Ti3C2Tx纳米薄片、聚苯乙烯微球以及聚丙烯腈(PAN)进行复合与碳化后制备而成。使用静电纺丝方法,将少层的Ti3C2Tx纳米薄片锚定在碳纤维中,从而避免了Ti3C2Tx纳米薄片在充放电过程发生堆叠团聚现象,且相较于碳纤维,多孔碳纤维提供了更高的比表面积,因而,Ti3C2Tx/多孔碳纤维作为电极材料具有优异的电化学性能。本论文主要研究内容为:(1)将经过处理后获得的较小尺寸二维碳化钛纳米片通过静电纺丝技术嵌入与多孔碳纤维中,并研究不同Ti3C2Tx负载量对制备的Ti3C2Tx/PCNF电极材料电化学性能的影响。采用横流充放电对Ti3C2Tx/PCNF进行测试,在孔隙率较低的条件下,复合电极在1A/g的电流密度下最高可获得191.20F/g的质量比容量,对电极材料进行电化学阻抗测试,引入Ti3C2Tx材料后电化学阻抗特性获得显著提高。(2)为了进一步获得为更为优异电化学性能的Ti3C2Tx/PCNF电极材料,我们以聚苯乙烯为造孔剂进一步研究孔隙率与碳化温度对材料的结构以及电化学性能的影响。在3mol/L KOH电解液、0~+0.6V的电压窗口,1A/g的电流密度下,空隙率最大的复合电极获得了最高292F/g的质量比容量,并且在10A/g的电流密度下依然获得169F/g的比容量。相同的Ti3C2Tx/PCNF电极材料在600℃的碳化温度下也显示出了高于其他碳化温度的质量比容量以及电化学阻抗特性。(3)为了探索不同的造孔材料对复合电极电化学性能的影响,我们引入ZIF-8作为造孔剂并探究制备出复合电极材料的电化学性能。在3mol/L KOH电解液、0~+0.6V的电压窗口,1A/g的电流密度下,复合电极最高比容量达到212.33F/g,相比与未加入ZIF-8时的125F/g,电化学比容量获得了明显的提高。
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