聚酰亚胺纳米纤维碳化与其储电性能研究.pdf

维普资讯 第31卷第4期 江西师范大学学报 (自然科学版) Vo1．31No．4 2O0r7年 7月 JOURNALOFJIANGXINORMALUNIVERSITY(NATURALSCIENCE) Ju1．20Or7 文章编号：1000—5862(2007)04-0331—05 聚酰亚胺纳米纤维碳化及其储 电性能研究 王素琴， 赖垂林， 李婷婷， 郭乔辉， 彭信文， 陈 飞， 侯豪情 (江西师范大学 化学化32学院，江西 南昌 330027) 摘要 ：以联苯四甲酸二酐和对苯二胺为单体，在低温下反应形成聚酰胺酸溶液，电纺该溶液形成聚酰胺 酸纳米纤维布 ，并热亚胺化和碳化形成碳纳米纤维布，用热天平 、扫描电镜等手段对纳米纤维的尺寸、形 貌 、导电性以及碳化过程进行了观察和表征 ．通过模拟电容器实验，对碳纳米纤维布作为超级电容器电极 材料使用时的储电性能进行了检验，测得这种碳纳米纤维布在0．5mol／L高氯酸锂一乙腈电介质中的最高 比电容量为 118．5F／g． 关键词 ：聚酰亚胺纳米纤维布；碳化；超级电容器；循环伏安；恒电流充放电；比电容量 中图分类号：O633．22 文献标识码 ：A 超级电容器 ，又称电化学电容器[1-5]，是 20世纪七八十年代发展起来的一种新型储能元件，具有比传统 电容器高得多的能量密度，比电池大得多的功率密度6，且使用寿命长 J，放电效率高，安全等独特性能．由 于这些优异的特性，超级电容器在移动通讯、信息技术、工业领域、消费电子、电动汽车等许多领域有广泛的 应用前景，成为世界各国研究的热点_8J． 用于超级电容器的电极材料种类很多[4,10-13]，其中碳纳米结构材料，如碳纳米管、活性碳粉等，以其高比 表面积、高电导率和高稳定性等优点，是制备双电层超级电容器 电极的热点材料，吸引了世界各国许多科学 家的研究兴趣．然而，使用这种纳米粉体材料制备电极时，必须使用胶粘剂如聚四氟乙烯 (t,llZE)或聚偏二氟 乙烯(PvDF)等将其粘结成块 ，这不仅会影响电极的导电性，也会堵塞部分活性材料的表面微孔 ，降低电荷储 存能力及增加成本． 电纺丝技术是一种简便有效的制备聚合物纳米纤维布的方法 1【4-18]．由该技术制备的聚合物纳米纤维布 碳化所得的碳纳米纤维布不仅孔隙率高，比表面积大，有较好的电导率，而且这种碳纳米纤维布不需要用粘 合剂粘结成块，便可直接作为电极材料使用． 聚酰亚胺 (PI)是一类分子主链中含有酰亚胺基团的芳杂环聚合物，分子中存在高度共轭结构，碳化后的 PI碳纳米纤维具有高于碳化腈纶纳米纤维的良好导电性能．本文研究了聚酰亚胺纳米纤维布的形成并碳化 制备碳纳米纤维布电极，检测该纳米纤维布电极的导电性能及其储电性能等，由这种碳纳米纤维布电极组 成的超级电容器在有机 电介质(uclo4／AN)体系中的储 电容量达到 118．5F／g． 1 实验部分 1．1 试剂及仪器 联苯四甲酸二酐(BPDA，淄博天堂山化工有限公司)及对苯二胺 (PDA，郑州派尼试剂厂) 均升华提纯；N，N-二甲基乙酰胺(DMAc，上海金威化学有限公司)经苯带水后减压蒸馏．十六烷基三 甲基溴 化铵(A．R．，中国医药集团化学试剂有限公司)；无水高氯酸锂 (Licl04，A．R．，上海中锂实业有限公司)；乙腈 (AN，A．R．，上海陆都化学试剂有限公司)加 1％P205回流 12h后蒸馏使用；泡沫镍 (99．9％，长沙力元新材 料有限公司)；高压电源(0—60kV天津东文高压电源厂)；高温碳化炉 (上海实验 电炉厂)；石墨化炉(吉林 盟 !；量垫 垩 墨(TGA，上海精密科学仪器有限公司天平仪器厂)；QUANTA2ooo环境扫描电子显微镜 收稿 日期：2006-09—04；*通讯联系人． 基金项 目：国家科技部 “973”计划资助项 目(2004CCA04700)． 作者简介：王素琴(1980-)，女，江西高安人，硕士研究生，主要从事超级电容器研究． 维普资讯 332