基于多孔銀網(wǎng)絡(luò)的超級電容器電極材料的制備及其電化學(xué)性能

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1、基于多孔銀網(wǎng)絡(luò)的超級電容器電極材料的制備及其電化學(xué)性能PorousSilverNetwork-basedCompositeforSupercapacitorElectrodeandTheirElectrochemicalPerformance學(xué)科專業(yè)：材料學(xué)研究生：孟慶施指導(dǎo)教師：趙乃勤教授天津大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院二零一七年十二月摘要多孔銀網(wǎng)絡(luò)(PSN)由于具有獨(dú)特的三維連續(xù)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和超高的導(dǎo)電性，是一種極具應(yīng)用價(jià)值的超級電容器電極材料。目前多孔銀網(wǎng)絡(luò)的制備主要有去合金化和化學(xué)沉淀等方法，存在流程復(fù)雜、耗時(shí)長、產(chǎn)物孔徑分布難以控制

2、、力學(xué)性能差等問題，因此尋找簡單可控成本低的多孔銀網(wǎng)絡(luò)制備工藝成為研究重點(diǎn)。本論文以硝酸銀、氨水、葡萄糖為原料，利用銀鏡反應(yīng)原理，在三聚氰胺海綿模板上形成均勻包覆的銀層，經(jīng)低溫煅燒后將模板去除，獲得具有三維連續(xù)自支撐結(jié)構(gòu)和一定強(qiáng)度與柔韌性的多孔銀網(wǎng)絡(luò)，研究了銀鏡反應(yīng)時(shí)間、溫度和煅燒時(shí)間對PSN形成的影響，以及PSN的電化學(xué)性能和在非對稱超級電容器上的應(yīng)用。結(jié)果表明：銀鏡反應(yīng)時(shí)間越長，溫度越低，銀在海綿模板上的包覆越均勻，避免產(chǎn)生孔洞；隨著煅燒時(shí)間延長，海綿模板分解更加徹底，有利于銀顆粒融合長大形成銀絲徑。將PSN作為正極材料與活性炭

3、負(fù)極材料搭配組裝成非對稱超2級電容器，工作電壓能夠提升至1.5V，在1mA/cm的電流密度下，其面積比容22量可達(dá)2.05F/cm；以20mA/cm的電流密度恒流充放電4000圈，具有75%的22容量保持率；當(dāng)功率密度為0.38W/cm時(shí)，最大能量密度可達(dá)642.85mWh/cm。以制得的PSN為基底，采用化學(xué)氣相沉積法生長多孔碳納米纖維（PCNFs），經(jīng)氨氣處理得到氮摻雜多孔碳納米纖維/多孔銀網(wǎng)絡(luò)(N-PCNFs/PSN)復(fù)合材料。研究了化學(xué)氣相沉積溫度、氨氣處理和PSN的引入對PCNFs形貌結(jié)構(gòu)、電化學(xué)性能等方面的影響，以及N-

4、PCNFs/PSN在對稱超級電容器上的應(yīng)用。結(jié)果表明：CNFs的負(fù)載量隨著化學(xué)氣相沉積溫度的升高而增加；N-PCNFs的含氮量隨著氨氣處理時(shí)間的延長而提高；氨氣處理增大N-PCNFs的比表面積的同時(shí)還優(yōu)化了孔徑分布；PSN的引入能夠?yàn)殡娮犹峁┛焖俚膫鲗?dǎo)通道并減少N-PCNFs團(tuán)聚。當(dāng)電流密度從1A/g增大到100A/g時(shí)，N-PCNFs/PSN能夠獲得90.8%的容量保持率，顯示出優(yōu)異的倍率性能；基于N-PCNFs/PSN的對稱超級電容器在20A/g的電流密度下恒流充放電10000圈容量不衰減，顯示出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。利用銀鏡反應(yīng)制

5、備的多孔銀網(wǎng)絡(luò)成本低廉，工藝簡單，結(jié)構(gòu)可控。與碳納米材料復(fù)合可以獲得具有高倍率性能的電極材料，在超級電容器領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：多孔銀網(wǎng)絡(luò)，銀鏡反應(yīng)，氮摻雜，碳納米纖維，化學(xué)氣相沉積，電化學(xué)性能，超級電容器IABSTRACTPoroussilvernetwork(PSN)asathree-dimensional(3D)porousmetalwithcross-linkedarchitectureandultrahighelectricalconductivity,hasattractedintenseattentionas

6、supercapacitorelectrodematerials.Asfarasweknow,thepreparationmethodsofPSNmainlyincludedealloyingandchemicalprecipitation.Nevertheless,theprocessofthesemethodsiscomplicatedandtime-consuming.Inaddition,theproductsexhibituncontrollableporesizedistributionandpoormechanical

7、properties.Therefore,it’sessentialtoexploreasimple,controllable,low-costpreparationprocessofPSN.Inthiscontext,wepresentafacilemethodtoconstructa3DPSNwithstrongcross-linkedstructureusingpolymerfoamasthetemplateviasilvermirrorreactionandannealingprocess.Theextensionofsil

8、vermirrorreactiontimeandthedecreaseoftemperaturearebeneficialtotheformationofuniformlycoatedsilverlayeronthepolymerte