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近年来,研究人员采用静电纺丝技术在保证电极材料纳米尺寸优势的同时,进一步调制表面孔隙结构,提高电极材料有效表面积,制备多孔碳纳米纤维。研究表明,孔径2nm以下的小孔对电容量的提高几乎没有影响,2~50nm的介孔贡献最大,50nm以上的中孔影响次之。Ngoc等电纺溶解有氯化锌的PAN溶液制备纳米纤维,经固化)碳化)酸洗,最终使碳纳米纤维表面出现大量直径约6.9nm的孔洞,在KOH电解质下比电容为140F˙g-1,高于自由生长的多壁碳纳米管的比电容量(113F˙g-1)。此外,Im等运用物理活化的方法,电纺掺杂有氧化硅纳米颗粒的PAN溶液,获得具有多孔(孔径43nm)结构的颗粒状碳材料,BET所测比表面积达340.9m2˙g-1;Nataraj等用FeCl3和FeSO4作为活化剂制得表面多孔的碳纳米纤维,形貌如图4(a)所示,表面孔径为6~31nm,BET所测比表面积达550m2˙g-1,电导率高达2.42S˙cm-1。这些都是超级电容器的理想电极材料。
碳基电极材料的比电容量大都在200F˙g-1以下,且电容量与比表面积并不总是呈线性关系,如比表面积3000m2˙g-1的活性碳,实际表面利用率仅为10%左右。基于此现实,部分研究人员致力于碳基复合电极材料的研究,在保证比表面积的同时,对材料的导电性等方面进行改性。
Li等利用静电纺丝制备Ni/C复合材料电极,形貌如图4(b)所示,可清晰看到金属Ni均匀镶嵌在碳纤维表面,Ni的加入提高碳表面对(OH)-的偶极亲和力,同时改善了材料对电解质的润湿性能,在碱性电解质中比电容量较纯碳材料提高了228%;Guo等以掺杂有多壁碳纳米管(MWCNT)的聚偏氟乙烯(PVDF)为纺丝前驱体,制取MWCNT/CNF的电极材料,形貌如图4(d)所示,可以清晰看到碳纳米管镶嵌在碳纤维的表面,提高电极导电性,有益于提高电容量,在1mol/LH2SO4电解质中比电容量高达310F˙g-1;Ju等通过原位化学聚合的方法,在电纺制备的ACNF/CNT表面沉积聚吡咯(PPy),制取PPy/ACNF/CNT电极材料,形貌如图4(c)所示,由于高导电性CNT以及具有良好电荷转移能力的PPy的加入,使得所制纤维直径更细,在碱性电解质中单电极比电容量高达333F˙g-1;Lee等利用醋酸纤维素分子的高含氧量来提高导电性,以聚丙烯腈(PAN)和醋酸纤维素(CA)的混合物为纺丝前驱体,制备的碳纳米纤维比电容量可达245F˙g-1。
Si、SiO2等亦可作为超级电容器的电极材料,其中SiO2在1mol/L的EtNBF/PC电解质中比电容量可达62.5F˙g-1。基于此,Ji等利用电纺制取了C/SiO2纳米纤维复合材料;Chen等利用电纺制取了C/Si纳米纤维复合材料。这些都可作为超级电容器的电极材料。
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充电9分钟可恢复约80%的电量、2000次循环后仍可保持90%的容量……中国科学技术大学教授季恒星研究组与合作者全新设计的新型锂离子电池电极材料——黑磷复合材料,使兼具高容量、快速充电能力且长寿命的锂电池成为可能。该成果10月9日发表在《科学》。随着环保意识深入人心,电动汽车愈发受到市场青睐,
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