取向碳納米管陣列電極的制備及其在超級電容器中的應用.pdf

1、與蓄電池相比，超級電容器具有較高的比功率，與傳統(tǒng)電容器相比，超級電容器具有較大的容量和較高的能量，且工作溫度范圍寬、循環(huán)壽命長，它是一種理想的新型貯能裝置。它在移動通信、信息技術(shù)、消費電子、電動汽車、航天航空和國防科技中具有重要和廣闊的應用前景。現(xiàn)在商業(yè)化的超級電容器主要以活性炭作為電極材料，但由于活性炭導電性能較差，含有較多的不純物，孔徑分布不均勻，且大部分為微孔，限制了超級電容器的性能。碳納米管(CarbonNanotubes，CN

2、Ts)具有高導電性和獨特的結(jié)構(gòu)適合作為超級電容器電極材料，且有不少報導其具有優(yōu)良的電化學性能。而取向碳納米管陣列(Aligned CarbonNanotube Arrays，ACNTAs)由于CNTs的獨特的排列方式更加適合在超級電容器中的應用。 本論文研究了制備ACNTAs的最優(yōu)條件，并在金屬基底上制備出ACNTAs，用制備的ACNTAs直接作為超級電容器電極，研究了其電化學性能。通過實驗研究得到以下結(jié)論： 1、采用化

3、學氣相沉積(Chemical Vapor Disposition，CVD)法裂解酞菁鐵(Iron(II)Phthalocyanine，F(xiàn)ePc)和C<,2>H<,4>在石英基底上制備出高約210μm的ACNTAs，制備的ACNTAs純度高、晶化程度較好、具有高取向性。系統(tǒng)研究了反應溫度、反應時間、氣體的流量(H<,2>、C<,2>H<,4>流量)對制備的ACNTAs的高度的影響，研究結(jié)果表明：800℃是裂解FePc和C<,2>H<,4>

4、制備ACNTAs的最優(yōu)溫度；催化劑的活性可以保持較長的時間(60 min)；通入C<,2>H<,4>促進了ACNTAs的快速生長，最適合流量為50 cm<'3>min<'-1>；H<,2>流量為40 cm<'3>min<'-1>時最有利于ACNTAs的生長。 2、采用在Ar氣氛下裂解FePc制備出一種樹狀ACNTAs，研究了這種特殊結(jié)構(gòu)的生長過程，并解釋了它的可能形成原因。 3、采用裂解FePc和C<,2>H<,4>的方

5、法直接在金屬合金(Inconel 600)基底上只能制備出少量的無序纏繞型的CNTs。采用強酸(濃H<,2>SO<,4>或濃HNO<,3>)浸泡后的Inconel 600作基底能夠制備出幾十微米高的ACNTAs，但在基底上分布不均勻。在Inconel 600上鍍一層20 nm厚的Al<,2>O<,3>后作基底能夠制備出高約150 μm的ACNTAs。用表面活性劑(NaAOT)和硫代乙酰胺浸泡鍍了20 nm厚的Al<,2>O<,3>的In