2017-03
科研开发
当代化工研
Cheme
镍颗粒碳纤维/碳纳米管柔性超级
电容器电极影响
*卢恒青邱军
（同济大学材料科学与工程学院上海201804）
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摘要：本文以酸化碳纤维为基体，以镍颗粒作为催化剂，以乙醇基汽为碳源，利用化学气相况积法生长疏纳术管，并做酸化处理。综合研究了催化剂镍沉积时间对碳纤维/碳纳未管柔性超复电客器电极性能的影响，发现催化剂操沉积5s，电极材料电性能最好，比电容为 82F/g。
关键调：碳纳来管；化学气相沉积法；电化学性质
中图分美号：T
文献标识码：A
InfluenceofNickelParticleCarbonFiberandCarbonNanoTube
Flexibility Super-capacitor Electrode
Lu Hengqing, Qiu Jun
(Department of Materials Science and Engineering, Tongji University, Shanghai, 201804)
Abstracf: In this paper, ir has taken acvantages of rhe chemical vapor depositiont method to make rhe carbon nano ube and then take zhe acidizing treaimen by faking the nickel particle as the catalyst and erhanol vapor as the carbon source. Besides, ir has taken comprehensive study of fhe inffuence of cafalyst nickel depositiou time on fhe carbon fiber and carbon nano fube flexibility super-capacitor electrode properby and the resu/t has been gor thar the catalys nickel deposition is 5s and rhe electrical property of elecfrode material is the best, besides, rhe specijic capacitance is 82F/g
Key words: carbon nano tube; chemical vapor deposition merhod; electrochemical property
超级电容器作为一种新型电化学储能设备，具有功率密
度高、充放电时间短、使用安全性高和绿色环保等特点。超级电容器按照其储能机理通常带分为双电层超级电容器和法拉第电容超级电容器。双电层电容器是利用电极与电解液之间形成的界面双电层来存储能量。自从1991年日本电镜专家 lijima在检验石黑电弧中产生的C60时首次发现碳纳米管后，碳纳米管作为超级电容器电极材料被广泛研究。Victor等以玻璃碳为基体，以甲烷为碳源，利用等离子体增强化学气相沉积法制备了碳纳米管膜，比电容最高达105F/g。Hsu等在碳布上生长了碳纳米管制备碳纳米管/碳布柔性超级电容器，工作电压为2V，能量密度高达27.8kVW/kg。
化学气相沉积法制备碳纳米管工艺受到多种因素的影响，包括催化剂种类、催化剂颗粒大小等。因为镍与碳形成化合物时自由能接近于零，即碳原子在催化剂体内迁移以及实现迅速析出于催化剂表面的必要条件。因此，本实验研究工作中选择了金属镍做催化剂。综合研究催化剂镍沉积时间
对碳纤维/碳纳米管柔性超级电容器电极性能的影响。 1.实验
本文采用管式电阻炉利用化学气相沉积法制备碳纤维/ 碳纳米管，以酸化处理的碳纤维为基体，金属镍为催化剂，乙醇为碳源，高温下在酸化碳纤维基体上生长碳纳采管。
(1)碳纤维/碳纳米管制备
碳纤维置于过量浓硝酸中，70℃反应2h，去离子水洗涤，烘干。采用电镀方法在碳纤维表面负载镍。首先将六水硫酸镍和萄酸配制成电镀液。碳纤维为阴极，镍片为阳极，电压7.0V。用蒸馏水清洗碳纤维数次：放入烘箱中100℃干燥。将表面负载镍催化剂的酸化碳纤维固定在石英舟中，以
万方数据
N,为保护气体，气体流量为80ml/min，并以一定的升温速率升高温度至700℃，通入一定温度的乙醇蒸汽（85℃），碳源通入时间为50min。反应完成后，停止通入乙醇蒸汽，在N,保护条件下，逐渐冷却至200℃。将上述步骤制得的碳纤维/碳纳米管置于过量浓硝酸中，70℃反应2h，反复用去离子水洗涤至中性，烘干。
(2)样品的结构表征与性能测试
本次实验扫描电镜采用Quanta200FEG型（美国FEI公司）场发射环境扫描电子显微镜测试对复合材料进行表面形貌表征。
电化学工作站采用CHI660E（上海辰华仪器有限公司）对材料进行电化学性能表征，测试主要包括循环伏安曲线测试和恒流充放电测试。根据恒流充放电曲线，通过公式（1）来计算电极材料的比电容。
P C
(1)
式中，C,n（F/g）为比电容，i=I/m（A/g）为电流密度，为恒流充放电曲线的积分面积，V和V,分别表示初始电
压和最终电压。 2.结果与讨论
由于催化剂颗粒大小对碳纳米管的生长有很大影响，而调节催化剂颗粒大小的有效方式是控制镀镍时间。镀镍时间为：3s，5s，10s和20s，研究不同镀镍时间对所得CNTs形貌产生的影响。
镀镍时间不同制备的碳纤维/碳纳米管形貌如图1所示，镀镍时间为3s时，所得碳纳米管管径较小，且分布不均匀，