《碳納米管接枝共聚物炭化製備多孔炭及其電容特性研究》是依託湖南大學，由陳小華擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：碳納米管接枝共聚物炭化製備多孔炭及其電容特性研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：陳小華
- 依託單位：湖南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本項目以製備適合於高功率套用的雙電層電容器電極材料為目的，充分利用碳納米管獨特的中空結構、大長徑比、高強高韌和導電性好以及聚合物化學共聚炭化方法所具有的孔結構容易調控、無環境污染、原料來源廣泛、易規模化生產的優勢，採用碳納米管接枝共聚物炭化方法，製備在比表面積、中孔含量、導電性等方面具有優異綜合性能的、可套用於超級電容器領域的新型多孔炭材料；通過考察共聚物體系固化、炭化時的結構演變規律，探明各結構參數和工藝參數與微相分離結構和孔結構的關係，尋求孔結構的有效調控方法。研究多孔炭材料作為雙電層電容器電極材料時的充放電性能，特別是高頻和大電流工作時的性能，探索能使電容器同時具有高比能量和高比功率的關鍵因素。這一技術路線將為製備高性能多孔炭材料提供一條新穎和有效的途徑。
結題摘要
本項目以製備高容量、高功率的碳基儲能材料為目標，以碳納米管或石墨烯為基體材料，採用化學或電化學的方法，通過引發單體有機小分子聚合，或金屬氧化物納米球或纖維鑲嵌或排列於納米碳中，形成基於納米碳的二維或三維結構，並通過聚合物或氧化物對納米碳增強或改性效應，增強和豐富碳納米材料的功能特性。這些複合結構體系顯示了優異的儲能性能。 （1）以酚醛樹脂為炭前驅體，明膠為熱不穩定聚合物，採用聚合物共混炭化法成功製備出超級電容器用以碳納米管為網路骨架的多孔炭。電化學測試結果表明，在酚醛樹脂與明膠質量比為1:1，碳納米管含量為20%，炭化溫度為800℃，炭化時間1h的條件下，碳納米管骨架多孔炭的比電容達到最大168F/g，等效串聯電阻為0.8Ω cm2。 （2）以三聚氰胺樹脂為炭前驅體，用明膠包覆碳納米管後，採用誘導膠體聚合的方法使碳納米管均勻內嵌入炭基體中，成功製備出超級電容器用以碳納米管為網路骨架的多孔炭球。電化學測試結果表明，以碳納米管骨架多孔炭球為電極的超級電容器在不添加導電劑的情況下，等效串聯電阻為0.9Ω cm2，比電容最大為189 F/g,能量密度達到26.3 Wh/kg，功率密度達到8 kW/kg，循環伏安曲線呈現優良的對稱性。 （3）採用醋酸鎘(Cd（Ac）2與苯胺單體複合形成固體模板合成了超疏水的PANI 空心棒，當苯胺:APS =1:0.7 時，合成的PANI為花型空心結構; 苯胺:APS =1:1 時，合成的PANI為表面帶毛刺的空心結構，在掃描速率為2 mV/s時其電極的比電容分別為220.1 F/g 和381.6 F/g。 （4）通過靜電組裝一步法合成了四氧化三鐵納米棒/石墨烯複合結構，複合結構具有介孔結構特徵。複合結構作為負極首次放、充電比容量分別為：1538mAh/g和925mAh/g，首次庫侖效率60.2%。在1C充放電循環80個循環時，放、充電比容量保持率分別為80.5%和90%。 （5）一步氫熱法合成納米α-Ni(OH)2 顆粒嵌鑲於RGO/CNT雜化體系的三維複合結構，電化學測試表明，比電容可達1320 F g−1 ， 1000 次循環後仍有1008 F g−1 ，y損耗率僅為7.8%. （6）通過氣溶膠方法精確控制定向碳納米管陣列的開口狀況、管壁厚度，為儲能材料提供了有序的介孔碳結構，同時有望獲得優異的電化學感測和儲能性能。
