纳米碳管在电化学电容器中应用

电化学电容器原理示意图

 

   电化学电容器特点:

                 高功率密度

                 快速充放电

                 长循环寿命

                 环境友好

                 安全性高

 

纳米碳管作电极材料优点→

良好导电性

较佳成形性

极高有效表面面积

长寿命

更好频率响应

功率密度高

较低自放电

 

单壁纳米碳管电化学电容器

   电弧法制备单壁纳米碳管

  电容器组装:双电极体系,隔膜尼龙,电解液6M KOH

 

 电化学氧化1.5V处理

   
 

 

电化学氧化处理后单壁纳米碳管的孔结构变化

   
 

 

单壁纳米碳管电化学氧化过程管壁发生刻蚀过程示意图

   
 

 

单壁纳米碳管电极材料电容器放电曲线和频率响应曲线,拐点频率631Hz
电化学氧化后容量从19F/g增加到120F/g。

   
 

 

纳米碳管为电极材料制成电容器

   
 

纳米碳管/聚合物复合电极材料

 

    导电聚合物是很有潜力的电化学电容的电极材料,其特点是:

 

    高比容量(通过掺杂过程)

 

    高导电性(充电状态)

 

    快速掺杂/非掺杂过程,电容器具有较低等价电阻和高功率

   
 

 

纳米碳管/聚苯胺复合电极材料电化学特性

   
 

 

初始双壁纳米碳管和双壁纳米碳管/聚苯胺复合材料的SEM照片

双壁纳米碳管/聚苯胺复合材料容量278F/g,比双壁纳米碳管20F/g高很多,但循环性需要改进。

   
 

 

通过KOH活化处理可增加纳米碳管的容量

 

 

纳米碳管/活性炭复合电极材料

 

 

 

结论

 

通过电化学氧化过程处理单壁纳米碳管可明显增加3.0-4.0nm中孔数量,能够改进其容量和频率响应特性。

 

多壁纳米碳管的KOH处理可增加容量,同样多壁纳米碳管/聚苯胺复合电极材料也具有很高容量(增加了准法拉第电容)

 

纳米碳管作为导电添加剂与活性炭复合电极可提高其综合性能。

更多信息,可参考:J. Power Source, 160,758-761 2006

新型炭材料,20: 205-210 2005