锗基复合纳米碳纤维制备及其储能功能研究

来源 :浙江理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhangyanjie123456
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新型功能纤维的开发与应用促进染整新技术的不断创新与发展。与此同时,化石能源的逐渐枯竭使得间隙性新型清洁能源(太阳能、风能)的开发与储存尤为重要。在学科交叉发展的基础上,利用新型染整技术开发新型纤维用于能量储存,既满足社会发展需求,又促进染整技术的创新。据此,本论文借助纤维染整技术,结合锗(Ge)基材料高比容量、差循环性能的储能特性与纳米碳纤维(CNFs)的储能优势,制备Ge基复合纳米碳纤维,并借助锂离子电池的负极研究复合纤维的储能性能,为新型纤维的研究与应用提供新思路。  本论文的主要研究内容有三方面:1.从均匀复合纤维结构设计出发,采用分散剂P123提高Ge纳米颗粒在CNFs中的均匀性,探究了碳化温度、分散剂及Ge含量对复合纤维形貌的影响,且对不同复合纤维的电化学行为与性能进行了测试分析;2.采用价格相对低廉的GeO2作为活性前驱体,借鉴纤维结构异形化思路:以聚苯乙烯(PS)为模板,设计了多管道复合纤维结构,并对不同多管道形貌纤维的电化学性能进行研究;3.以改善GeO2复合纳米碳纤维的柔性与导电性出发,研究了碳纳米管(CNT)含量及碳化温度对导电性的影响、醋酸锌(Zn(Ac)2)含量对纤维柔性的影响,考察了不同复合纤维的电化学性能。  研究结果表明:1.当Ge∶P123∶PAN=1∶1∶2时,碳化温度为700℃时,Ge单质转变成无定形GeOx均匀分散在CNFs中,复合纤维直接作为电极材料在1.2Ag-1的电流密度下循环300圈后,比容量保持为~621mAh g-1;2.当PAN∶PS=1∶0.6时,纤维内部形成约为50nm的平行多管道,且能对GeO2进行有效包覆,在1.25A g-1的电流密度下循环500圈后,容量保持在472mA h g-1。但纳米纤维膜易碎、导电性低,需采用涂覆法制备电极;3.当CNT∶Zn(Ac)2∶GeO2∶PAN=0.05∶0.2∶0.2∶0.4,碳化温度为700℃时,复合纤维保持良好的导电性与柔性,可直接作为活性材料使用,在1.0A g-1的电流密度下循环500圈后,整个电极容量保持在427mA h g-1。这种制备柔性纤维电极的方法简单易行,可作为高性能柔性纤维储能器件的方法之一。
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