同轴静电纺丝制备芯壳布局高能电容器电极材料及研究.pdf

同轴静电纺丝制备芯壳结构高能电容器电极材料及研究 摘要 为满足高功率密度的要求，具有高功率密度的超级电容器自然引起了人们的 注意，开发性能优良的超级电容器电极材料是当前研究的主要日标。 本文主要采用同轴静电纺丝法，制备以氮化钛(TiN)为芯层，赝电容材料 为壳层的具有芯壳结构的复合纤维。分别是壳层为氮化钒(VN)的TiN．VN复合 纤维，以及壳层为一氧化锰(MnO)的TiN．MnO纤维。并利用扫描电子显微镜 物理吸附仪等测试手段对材料进行了表征。最终采用三电极体系对电极材料的超 级电容行为进行了研究，分别进行了循环伏安(cV)、充放电以及交流阻抗测试． 并分析了其机理。主要工作如下： 1．以钛酸四丁酯和乙酰丙酮锰为原料，通过l—J轴静电纺丝法制备了TiN．MnO 芯壳结构纤维，分别对其结构及电化学性质进行了表征测试。由SEM图像可知． 所制备的TiN·MnO芯壳结构纤维在处理前均为表面光滑的连续一维结构，直径 约l nm，并且表面粗糙 lain，经过高温氨气处理以后纤维变细变短，直径约600 带孔。同时由TEM测试表明，所制备的纤维为典型的芯壳结构，并且在纤维表 6 面有一薄碳层。经BET测试，TiN．MnO芯壳结构纤维的比表面积为l 1．112／g。由 XRD分析可知，所制备的TiN．MnO芯壳结构纤维为纯相的TiN和MnO，没有其 他杂相。通过超级电容器性能测试，TiN．MnO与单独MnO相比倍率性能明显提 高，同时由常循环性能曲线可知其循环性能还可以接受，并通过EIS测试研究了 其容量有所衰减的原因，进一步证明了TiN．MnO芯壳结构纤维是一种有潜力的 超级电容器电极材料，需要进一步开发研究以进入实际应用。 2．以钛酸四丁酯和乙酰丙酮钒为原料，采用同轴静电纺丝法制备了TiN．VN 芯壳结构纤维。通过不同钒钛比例纤维的电化学表征确定V：Ti=l：2(摩尔比)具 有最好的性质，并以此比例为主要研究对象。SEM和TEM表征证明，纤维呈明 显的一维结构，并且长短不一，分布比较广泛，纤维直径l岬左右。经过800℃ 高温氨气处理lh后，所得到的TiN．VN纤维明显变细变短并且非常粗糙，由颗 粒状结构构成。纤维直径约为500nm，芯层直径约300nm。T烈．VN纤维的HRTEM 表征说明所制备的TiN-VN纤维为典型的多晶结构并被无定形的碳包覆。通过元 维较好地复合了TiN与VN。经BET测试，其比表面积高达169m2／g，平均孔径 大小约为3nm。经循环伏安测试，TiN．VN能充分发挥TiN与VN的协同作用， 表现出优异的倍率性能；其常循环测试500循环后，容量保持率为88％。EIS和 XPS测试说明由于材料的部分氧化导致循环过程容量衰减。 关键词：超级电容器静电纺丝氮化钛芯壳结构 CORE．SHELL BY FIBERSPREPARE COAmLELECTROSPINNⅡ呵GFOR HIGH—PERFORMANCE CAPACITOItS AB STRACT InordertOmeetthe of with requirementshighpower density,supercapacitors h attractedresearchers’attentionnatural the of ighpowerdensity ly．Anddevelopment excellentelectrode