摘要
如今环境问题引起全世界的关注，清洁生产从源头解决环境污染问题成为主流动力，而解决储能问题是充分开发和利用新型清洁高效能源的重要途径。超级电容器(Supercapacitors,SCs)，因其高能量密度、长循环寿命、简单的架构和制造性等优点而备受青睐，是理想的清洁能源之一。目前制约SCs广泛应用的主要瓶颈在于电极材料的研制。因此，本文主要探究研制能量密度高和循环稳定性良好的电极材料及其电化学性能。 本文首先以聚丙烯腈(PAN)为前驱体，采用静电纺丝技术制备碳纳米纤维(CNF)，通过调控PAN含量(5-12wt.%)和碳化温度(650-850℃)，得到柔性较好的纳米级CNF，发现了PAN自身含有丰富的氮元素，提供一定的赝电容，增加电极材料的湿润性。CNF8-750无需粘接剂可制备成自支撑SCs电极，电流密度为1A/g时比电容能达到265.5F/g的高电化学性能。结果表明，以PAN为前驱体静电纺丝制备的CNF可用作高性能双电层电容电极材料。 为了探究更大能量密度的电极材料，将镍钴层状双氢氧化物(NiCo-LDH)负载于CNF上，探究NiCo-LDH含量对复合材料电化学性能的影响。采用溶剂热法得到的NiCo-LDH/CNF复合材料，随着含量的增加，比电容不断增大，当投加量为1.57wt.%时比电容达到最大(1027F/g)，投加量为3.15wt.%时比电容反而下降，其原因可能是含量太大导致团聚，减小比表面积，从而影响电化学性能。采用NiCo-LDH-3/CNF和CNF组装了不对称混合电容器，能量密度可达到60.89Wh/kg。 进一步采用ZnCl2活化CNF，活化碳纳米纤维(ACNF)拥有更大的比表面积(可达1063m2/g)，为NiCo-LDH生长提供更大空间，提高电化学性能。采用溶剂热法得到的NiCo-LDH/ACNF复合材料，当投加量为3.15wt.%时比电容达到最大(1373.2F/g)，相比未活化的CNF复合材料的比电容提高了34%。采用NiCo-LDH-c/ACNF和ACNF组装了不对称混合电容器，在功率密度为800W/kg时，能量密度达到71.64Wh/kg，相对于未活化能量密度提高了17.7%。
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