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静电纺丝技术在超级电容器中的应用

2016-08-29

静电纺丝具有工艺简单、材料体系广泛、环境友好等特点,是制备连续纳米纤维最有效的方法之一。所制备的纳米纤维具有结构可控、成分可调等特点,在过滤材料、生物支架、药物载体、传感、复合材料等领域都显示出诱人的应用前景。特别是其巨大的纳米表面和网络孔隙结构(以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为例,形貌见图3)可调等优势,在超级电容器领域倍受亲睐。本文对近年来静电纺丝技术在超级电容器电极材料和隔膜材料的研究进行综述,并展望其应用前景。
1静电纺丝技术制备电极材料
1.1碳基电极材料
碳基电极材料因具有价格低廉、环境友好、结构稳定、性价比等优势而备受青睐。常见的碳基电极材料有:活性炭、碳纤维、碳纳米管、碳气凝胶等。制备方法有:催化化学气相沉积、激光气化、电弧放电、模板法等。纳米材料因独特的纳米尺寸因素,使得它具有一般材料所不具备的超大比表面积,而静电纺丝是制备纳米级碳纤维最简单的工艺之一。因此,无论是从成本还是工艺而言,静电纺丝技术都是制备理想碳基电极材料的重要方法。研究表明,聚丙烯腈(PAN)因成丝性能好、含碳量高,而成为静电纺制备碳纳米纤维最常用的聚合物前驱体。静电纺丝制取碳纳米纤维需经静电纺)聚合物纳米纤维)固化)碳化)碳纤维的工艺过程,其中碳化温度的选择对电极材料的电容性能也将产生影响,Ji等研究表明,700e碳化所得的碳材料较1000e时所得碳材料具有更好的电容保持性能。
Kim等利用静电纺丝技术制取PAN纳米纤维,经固化)碳化)水蒸气活化处理后得到活化的碳纳米纤维(AC-NF),其表面积可达1230m2˙g-1,在KOH电解质下比电容量为175F˙g-1;Park等利用上述相同工艺,电纺聚苯并咪唑(PBI)制备碳纳米纤维,其比表面积可达1220m2˙g-1,比电容量为178F˙g-1。

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