基于碳材料和二氧化錳的復(fù)合型超級(jí)電容器性能研究

4結(jié)果與討論

4.1電極材料的物理性能

圖1(a)和(b)為碳納米管活化前后的掃描電鏡圖，可以看出經(jīng)過(guò)硝酸活化后的碳納米管具有活化前所不具有的短程網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，活化前的長(zhǎng)程鏈狀結(jié)構(gòu)被打斷，而且外層管壁較活化前變得粗糙，形成了更好的交織纏繞的結(jié)構(gòu)，從而更有利于電解液離子的吸附與脫附，增加了相應(yīng)的比表面積[4]。同時(shí)酸化的處理過(guò)程給碳納米管也接上了豐富的活性官能團(tuán)，如羥基，羧基及羰基等。這些活性官能團(tuán)的附著有利于提高碳納米管的導(dǎo)電性。

圖2是活性炭/二氧化錳復(fù)合電極的SEM圖。從圖中可以看出，電極具有疏松的表面孔結(jié)構(gòu)，這種特有的結(jié)構(gòu)可以為在電極表面發(fā)生的雙電層反應(yīng)和法拉第贗電容反應(yīng)提供良好的環(huán)境。

4.2復(fù)合電極的電容特性

圖3是上述復(fù)合電極的循環(huán)伏安曲線?？梢钥闯?，復(fù)合電極表現(xiàn)出了良好的可逆性，具有明顯的電容特征。比較電極A、B和C可知，隨著碳納米管含量的增加，循環(huán)伏安曲線所包圍的面積逐漸減小，電容量也逐漸減小。這是由于碳納米管雖然是一種高比表面積的材料，但是在雙電層電容中，碳材料主要是通過(guò)可逆的吸附電解液離子在電極表面形成的雙電層來(lái)完成儲(chǔ)能過(guò)程，雙電層的厚度取決于離子半徑和電解液的濃度。而碳納米管的內(nèi)徑一般在20nm~60nm之間，此范圍內(nèi)較小的內(nèi)徑對(duì)于電解質(zhì)離子來(lái)說(shuō)進(jìn)入困難，所以導(dǎo)致微孔只對(duì)材料的比表面積做出了貢獻(xiàn)，并沒(méi)有對(duì)電容的提高起到應(yīng)有的效果[5]。而活性炭的孔徑比碳納米管大，有利于電解質(zhì)離子在其表面的吸附與脫附，從而復(fù)合電極隨著活性炭含量的增加，循環(huán)伏安曲線所覆蓋的面積也相應(yīng)增加。

比較電極C和D可知,當(dāng)二氧化錳和碳納米管所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為30%時(shí)，由活性炭/二氧化錳組成的復(fù)合電極的循環(huán)伏安曲線包圍的面積要大于由活性炭/碳納米管組成的復(fù)合電極的循環(huán)伏安曲線面積。而且在掃描CV曲線的范圍內(nèi)沒(méi)有出現(xiàn)氧化還原峰，這說(shuō)明在掃描電位內(nèi)，氧化還原反應(yīng)均勻的進(jìn)行。同時(shí)，在活性炭/二氧化錳復(fù)合電極上形成的雙電層電容和在電極-電解液界面發(fā)生活性物質(zhì)的氧化還原反應(yīng)而產(chǎn)生的法拉第贗電容，兩種電容復(fù)合從而提高了電極的比容[6]。