碳纳米管膜超电容性能的研究开题报告

全文总字数：1746字

1. 研究目的与意义

超级电容器是近年来逐步发展起来的一种新型储能元件。碳纳米管因具有优越的导电性、热导率、良好的力学性能、独特的中空结构和高的比表面积，常被认为是制备超级电容器电极的理想材料之一。本次试验以由葡糖型醋杆菌生产的细菌纤维素薄膜结合多壁碳纳米管来制备导电聚合物膜。

2. 国内外研究现状分析

碳纳米管应用于制作电容器的电极材料的研究最早是niu等的报道。他们将烃类催化热解法制得的相互缠绕的多壁碳纳米管(mwnts)制成薄膜电极，测试了在质量分数为38％的h₂so₄,电解液中的电容性能。所制得的cnts管径均一，约8 nm左右，用hno₃处理后比表面积为430 m²／g。组装成单一电容器，在0．001 hz～100hz的不同频率下，比电容量达到49 f／g～113 f／g。cnts电极片的电阻率为1．610^-2Ωcm，其等效串联内阻(esr)为0．094 Ω，功率密度大于8 kw／kg。马志仁等用高温催化c₂h₄/h₂混合气体制备多壁碳纳米管，采用不同的工艺制备多壁碳纳米管电极。刘振光等将有机物催化裂解法制得的cnts于泡沫镍上压制成圆片状电极。frackowiaka等研究了乙炔催化裂解制备的3种不同的mwcnts在6mol/lkoh中的电容性能。zhang等将烃类催化热解法得到的碳纳米管用硝酸纯化后，加入质量分数10％的黏结剂ptfe制成片状电极。王贵欣等比较了5种催化裂解法制备的mwnts在1mol／l的liclo₄／ec dec电解液中的电容性能。

单壁碳纳米管(swnts)拥有比多壁碳纳米管更高的理论比表面积，因此有希望获得更高的比容量，但swnts制备和纯化的难度加大，成本也远高于mwnts。

an等研究了电弧放电法制备的单壁碳纳米管用作超级电容器电极材料的性能，考察了炭化温度、集流体和放电电流密度等因素的影响。pico等将电弧法制备的单壁碳纳米管在空气中于300℃～550℃热处理1 h，加入质量分数5％的黏结剂pvdc制成电极，分别以6mol／l的koh和2mol／l的h₂so₄为电解液，测试电容性能，探讨了热处理温度和电解液的影响。

3. 研究的基本内容与计划

本次毕设讨论如何获得高性能的碳纳米管膜的制备方法。探索不同处理时间对合成的材料的强度，元素含量和电化学性能的影响；进一步优化出倍率性能和循环性能优越的制备方法。

实验进展计划如下:

1月1日-1月13日 查阅、收集资料，撰写开题报告

4. 研究创新点

处理之后混合了表面活性剂的碳纳米管溶液，用超声波细胞破碎仪进行再处理，以得到高度分散的混合液。获得了MWCNTs的均匀水性分散体后，将高度溶胀的凝胶状细菌纤维素剪裁成适宜的大小，用滤纸将其吸干，然后在室温下浸入包含有CTAB的MWCNT分散体的溶液中，在室温下进行浸泡。中途需取出再次吸干几次，以得到最佳上色时间和吸干次数。

浸泡结束后，需用去离子水漂洗几次,以除去表面活性剂。然后，将处理好的细菌纤维素放入冰箱冷冻室进行冷冻，冷冻后进行24h的冷冻干燥处理，得到碳纳米管膜。