PAN/PAI基掺杂纳米碳纤维ZICs正极结构与性能调控研究

编号：CYYJ04806

篇名：PAN/PAI基掺杂纳米碳纤维ZICs正极结构与性能调控研究

作者：边伟龙1；王亮1；周朋朋2

关键词： 锌离子混合超级电容器; 静电纺丝; 金属有机框架; 硼掺杂; 多孔碳纤维膜;

机构： 1.天津工业大学纺织科学与工程学院2.星辉航天科技有限公司

摘要： 锌离子混合超级电容器（ZICs）兼具水系锌离子电池的高能量密度与超级电容器的高功率密度。活性炭是ZICs正极的优良材料，但其受比容量低、倍率性能不足和活性位点利用率偏低等问题制约。为解决这一问题，构筑兼具高容量与优秀倍率性能的自支撑正极材料，采用静电纺丝制备聚丙烯腈/聚酰胺酰亚胺（PAN/PAI）复合纤维膜，混合金属有机框架（ZIF-8）并经碳化得到多孔碳纤维膜用于ZICs正极；随后在此基础上进一步加入硼酸进行硼掺杂，提升电极性能。结构表征表明，ZIF-8增加显著提升比表面积，同时表面氮含量提升。硼酸引入后碳纤维缺陷减少，比表面积降低，但介孔含量增大。电化学测试表明，随ZIF-8含量增加，0.2 A·g-1下比电容由73.9 F·g-1提升至355.7 F·g-1；硼掺杂进一步优化电极综合性能，其中PPBF-0.5在0.2 A·g-1与1 A·g-1下分别达到345.9 F·g-1与283 F·g-1，并在1 A·g-1下保持83.2%的倍率保持率。制备的多孔碳纤维电极材料在储能器件等应用具有巨大潜力。