纳米纤维素/碳纳米管碳气凝胶的制备及其电化学性能

作     者：董浩 李旭 牛力 刘志明 DONG Hao;LI Xu;NIU Li;LIU Zhiming

作者机构：东北林业大学材料科学与工程学院哈尔滨150040 

出 版 物：《林业工程学报》 (Journal of Forestry Engineering)

年 卷 期：2023年第8卷第5期

页      面：121-129页

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国际横向课题“林源智能先进材料的制备与应用”(070-43221007)。 

主　　题：纳米纤维素 碳纳米管 碳气凝胶 超级电容器 碳电极材料 

摘      要：纳米纤维素作为一种绿色无污染、来源广泛的生物质材料,在超级电容器电极材料领域具有极大的应用潜力,但其本身导电性能差,严重影响了其应用效果。笔者以硫酸盐漂白木浆为原料,采用2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基(TEMPO)氧化法制得了表面富含羧基(1.5506 mmol/g)的具有较高长径比的纳米纤维素(CNF)纤丝,并将纳米纤维素悬浮液作为多壁碳纳米管(MWCNT)的良好分散剂配置CNFs/MWCNTs悬浮液,将所得悬浮液经冷冻干燥和高温碳化制得CNFs/MWCNTs碳气凝胶,并结合热重曲线、拉曼光谱和扫描电镜等进行分析。结果表明:添加MWCNT后,气凝胶前驱体的热稳定性有明显的提高,在相同碳化条件下,CNFs/MWCNTs碳气凝胶的石墨化程度优于CNFs碳气凝胶。利用三电极体系,对比添加MWCNT前后碳气凝胶的电化学性能,发现添加MWCNT后的碳气凝胶工作电压从0.4 V提高到0.6 V,内阻由1.06900Ω降低到0.97531Ω,其比电容在电流密度为1 A/g的条件下由172.45 F/g增加到238.89 F/g。经过1500次循环后其比电容保持率由55.6%提高到85.4%,库伦效率维持在99.95%。该纳米纤维素/碳纳米管碳气凝胶是一种较为良好的超级电容器电极材料。