多通道碳纳米纤维的制备及其在超级电容器中的应用OA北大核心CSTPCD

为了开发经济、高性能的水电解质超级电容器电极材料,以聚丙烯腈(PAN)、木质素和聚苯乙烯(PS)为前驱体,采用静电纺丝法制备了低成本的多通道碳纳米纤维原丝,进一步预氧化和炭化后制得PAN/PS/木质素碳纳米纤维(PPLCNFs),当PS添加量为0、0.5、0.75、1.0 g时,样品分别标记为PPLCNFs-0g、PPLCNFs-0.5g、PPLCNFs-0.75g、PPLCNFs-1.0g。采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱、X射线光电子能谱(XPS)、N2吸附/脱附等温线分析了PPLCNFs材料的微观形貌、微观结构、表面化学性质和孔结构,通过三电极体系和对称式超级电容器测试了材料的电化学性能。研究结果表明:木质素的加入提高了材料的含氧官能团含量,PS的加入促进了碳纳米纤维中多条通道和多孔结构的形成,增大了材料的比表面积(S_(BET))。在不同PS添加量的碳纳米纤维样品中,PPLCNFs-0.75g表现出最优异的结构特性和电化学性能,其纤维横截面呈莲藕状,内部通道多且直径小,S_(BET)高达412 m^(2)/g,孔容为0.24 cm^(3)/g。在三电极体系中,PPLCNFs-0.75g在电流密度为0.5 A/g时,表现出276 F/g的高比电容,当电流密度增加到100 A/g时,其电容保持率为53.7%,明显优于其他样品。以PPLCNFs-0.75g为电极组装的对称式超级电容器具有良好的储能特性和循环稳定性,在电流密度为0.5 A/g时,比电容为186 F/g,当电流密度增加到100 A/g时,其电容保持率为52.6%;在1 A/g的电流密度下进行10000次循环后,电容保持率为99.8%,库仑效率为99.6%。