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^*

来源：林业工程学报, 2023, 8(05): 121-129.

DOI：10.13360/j.issn.2096-1359.202304032

• 纳米纤维素
• 碳纳米管
• 碳气凝胶
• 超级电容器
• 碳电极材料

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(1.550 6 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1.069 00Ω降低到0.975 31Ω,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1 500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。

• 单位
  东北林业大学