發(fā)布時間：2020-09-03 15:57

　　 傳統(tǒng)的碳材料電極由于儲存容量較小,越來越不能滿足人們的需求。無機物雜化碳納米纖維兼具有無機物和碳納米纖維兩種特性,受到研究學(xué)者們廣泛關(guān)注。其中,金屬錫單質(zhì)和二氧化錫均具有電導(dǎo)率高、理論電容量大、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐酸堿性能佳等優(yōu)點。本論文將含錫化合物添加進紡絲液中,通過氣流紡絲工藝制得直徑為40 cm蓬松柔軟的納米纖維氈,隨后在惰性氣氛下經(jīng)高溫煅燒法制成錫基雜化碳納米纖維。該纖維具有不可剝離的雙層復(fù)合結(jié)構(gòu),其中上層為錫基納米結(jié)構(gòu),下層為含有少量錫基納米顆粒的雜化碳纖維。上層納米結(jié)構(gòu)隨著保溫時間的延長,依次可得到納米顆粒、納米線以及納米柱。由于整個高溫煅燒過程中并未額外添加金屬催化劑或是通入還原性氣氛,納米線是通過自催化生長得到,遵循VLS生長機制。該纖維作為電極材料電容性能優(yōu)異。當(dāng)電流密度為0.5 Ag-1時,放電容量可達403.6 Fg-1;即使在10 A g-1的大電流密度下,放電容量仍保留162.5 F g-1。當(dāng)掃描速率為10 mV s-1時,放電容量為358.9 Fg 1。保溫3h的纖維電荷轉(zhuǎn)移電阻僅為1.3 Ω;以1 A g-1的電流密度進行3000圈連續(xù)充放電,電容保持率為92.5%。錫基雜化碳納米纖維上層納米結(jié)構(gòu)是通過錫源外溢形成的。雖然錫基納米結(jié)構(gòu)和底部雜化纖維間存在協(xié)同作用,但是錫源的外溢不可避免地對底部雜化纖維的結(jié)構(gòu)造成破壞。而硅源的添加可有效解決錫源外溢以及在纖維內(nèi)部團聚的問題。硅源只是起到了物理隔離的作用,錫源與硅源間并未發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。和錫基雜化碳納米纖維相比,錫、硅混合基雜化碳納米纖維的放電容量和循環(huán)穩(wěn)定性均有所提高。當(dāng)電流密度為0.5 A g-1時,放電容量可達419 Fg-1;即使在10 Ag-的大電流密度下,放電容量仍可保留198.6 Fg 1。以1 A g-1的電流密度進行3000圈連續(xù)充放電,電容保持率為95.1%。錫基及錫、硅混合基雜化碳納米纖維電容性能優(yōu)異,可實現(xiàn)在電容器電極材料領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用,或?qū)⑦M一步拓展到鋰離子電池、鋰硫電池等其他儲能器件的電極材料領(lǐng)域。
【學(xué)位單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TQ342.742
【部分圖文】：

邐離子解析逡逑0陰離子雙層電氣逡逑圖１－２雙電層超級電容器工作原理圖逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－２邋Ｔｈｅ邋ｗｏｒｋｉｎｇ邋ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ邋ｄｏｕｂｌｅ－ｌａｙｅｒ邋ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｓ．逡逑（２）法拉第贗電容儲能機制逡逑和雙電層電容的儲能機制不同，贗電容器在充放電過程中發(fā)生了穿越雙層的逡逑電子遷移，致使電活性材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。其基本原理［１Ｍ９］為：電活性材料在電逡逑極表面發(fā)生欠電位沉積或在電極表面及內(nèi)部發(fā)生可逆的氧化還原反應(yīng)（即法拉第逡逑反應(yīng)），從而產(chǎn)生穿越雙層的電荷遷移，最終產(chǎn)生吸附電容。由于法拉第反應(yīng)不逡逑止發(fā)生在電極表面，在電極內(nèi)部也存在，因此贗電容電容器具有比雙電層電容器逡逑更高的放電容量和能量密度。在相同電極面積的條件下，贗電容電容量是雙電層逡逑電容量的１０倍至１００倍。盡管氧化還原反應(yīng)是動力學(xué)高度可逆的，但是化學(xué)反逡逑應(yīng)和離子的吸附－解吸依然會不可避免地造成電極內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化，導(dǎo)致電極使逡逑用壽命降低。逡逑Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ邋丨邋Ｓｅｐａｒａｔｏｒ逡逑■瑪：《：逡逑＿逡逑Ｍｅｔａｌ

邐離子解析逡逑0陰離子雙層電氣逡逑圖１－２雙電層超級電容器工作原理圖逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－２邋Ｔｈｅ邋ｗｏｒｋｉｎｇ邋ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ邋ｄｏｕｂｌｅ－ｌａｙｅｒ邋ｓｕｐｅｒｃａｐａｃｉｔｏｒｓ．逡逑（２）法拉第贗電容儲能機制逡逑和雙電層電容的儲能機制不同，贗電容器在充放電過程中發(fā)生了穿越雙層的逡逑電子遷移，致使電活性材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。其基本原理［１Ｍ９］為：電活性材料在電逡逑極表面發(fā)生欠電位沉積或在電極表面及內(nèi)部發(fā)生可逆的氧化還原反應(yīng)（即法拉第逡逑反應(yīng)），從而產(chǎn)生穿越雙層的電荷遷移，最終產(chǎn)生吸附電容。由于法拉第反應(yīng)不逡逑止發(fā)生在電極表面，在電極內(nèi)部也存在，因此贗電容電容器具有比雙電層電容器逡逑更高的放電容量和能量密度。在相同電極面積的條件下，贗電容電容量是雙電層逡逑電容量的１０倍至１００倍。盡管氧化還原反應(yīng)是動力學(xué)高度可逆的，但是化學(xué)反逡逑應(yīng)和離子的吸附－解吸依然會不可避免地造成電極內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化，導(dǎo)致電極使逡逑用壽命降低。逡逑Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ邋丨邋Ｓｅｐａｒａｔｏｒ逡逑■瑪：《：逡逑＿逡逑Ｍｅｔａｌ

成為了學(xué)者們研宄熱點。Ｗａｎｇ等人［２９］采用靜電紡絲和高溫煅燒法制備逡逑得到空心多孔二氧化錫納米管，其在１８０邋ｍＡ邐的電流密度下進行５０圈連續(xù)充逡逑放電，剩余電容量仍高達８０７邋ｍＡｈ邋ｇ＿ｌ。這主要是由于多孔結(jié)構(gòu)為充放電過程中逡逑可能產(chǎn)生的電極結(jié)構(gòu)的變化提供了緩沖空位，同時空心多孔結(jié)構(gòu)能夠和電解液充逡逑分接觸，電極材料表面可以堆積更多的電荷或者提供更多的反應(yīng)活化點。Ｒｅｎ等逡逑人［３Ｇ］通過水熱反應(yīng)和自組裝制備得到三維的中空Ｓｎ０２微球，并進行恒流充放電逡逑測試，在１邋Ａｇ—１電流密度下，不同前驅(qū)體ＳｎＣｌ２＊２Ｈ２０、ＳｎＳ０４、ＳｎＣｌ４＊５Ｈ２０測逡逑得的比容量依次為３９５邋Ｆｇ＇邋３４７邋Ｆｇ—１和６６３邋Ｆｇ＿１。最近，學(xué)者們進一步優(yōu)化電逡逑極結(jié)構(gòu)，設(shè)計并制備出分層多級結(jié)構(gòu)，具有該結(jié)構(gòu)的電極材料放電容量和循環(huán)穩(wěn)逡逑定性更佳。Ｌｉｕ等人［３｜］利用水熱合成法制備得到具有分層多級結(jié)構(gòu)的二氧化錫納逡逑米花，如圖１－６所示，其電荷轉(zhuǎn)移電阻僅為０．３２邋Ｑ。采用循環(huán)伏安法在電流密度逡逑為ｌＡｇ＿１條件下，Ｓｎ０２納米花的比容量可達１８７．７Ｆｇ＿ｌ：經(jīng)過２０００圈循環(huán)后，逡逑電容量僅損失約１０％。逡逑

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2 王茂發(fā);鄒小平;程進;朱光;蘇q

本文編號：2811647