静电溶液喷射纺丝制备蜂窝多孔碳纳米纤维及其超级电容器性能

一维多孔碳纳米纤维具有比表面积高、长径比大、电子传输高效等特点,成为超级电容器电极材料的热门选择。利用静电溶液喷射纺丝技术,以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为成碳高聚物,聚四氟乙烯乳液(PTFE)为制孔剂,结合高温碳化工艺得到蜂窝多孔碳纳米纤维超级电容器电极材料。通过SEM、TEM、Raman、XRD和BET等测试对制备的电极材料形貌和结构进行了表征,并分析了制孔剂含量对纤维形貌、孔结构及电化学性能的影响。结果表明:当纺丝液中PVP∶PTFE质量比为1∶10时,制备的电极材料具有最大的比表面积165 m2/g;在0.5 A·g^(-1)电流密度下,其比电容值高达277.5 F·g^(-1);在二电极体系中,其功率密度为250 W/kg时,能量密度可达31.6 W·h/kg;经10000圈充放电循环后,其电容保持率可达98.4%,展示出了良好的电容性能和循环性能。这种独特的高孔隙率蜂窝多孔碳纳米纤维电极材料能够为电荷存储提供充足的活性位点,同时为电子/离子的快速传输提供便利通道,对高性能超级电容器电极材料的开发具有一定参考和指导意义。