碳納米管復(fù)合纖維超級電容器和太陽能電池

【摘要】：碳納米管由于其優(yōu)異的力、電綜合性能,在各個領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景,特別是在能源材料領(lǐng)域在近幾年受到人們的重點關(guān)注和深入研究。而碳納米管纖維作為碳納米管的一維宏觀結(jié)構(gòu),具有獨特的結(jié)構(gòu)和特殊的力電性能,有希望作為電池或電容器的新一代電極材料應(yīng)用于能源材料領(lǐng)域。因此本文以CVD法制備的連續(xù)碳納米管纖維為基底,復(fù)合上具有高電容特性的聚苯胺或優(yōu)異半導(dǎo)體特性的二氧化鈦制成復(fù)合纖維,并作為電極材料分別應(yīng)用于超級電容器和染料敏化太陽能電池。 通過動電位電化學(xué)誘導(dǎo)沉積技術(shù),在碳納米管纖維內(nèi)部的無數(shù)根管束表面包覆了一層均勻致密的高電容活性聚苯胺膜。性能測試表明,沉積300周期的復(fù)合纖維(60 wt.% Pani)具有最佳的電容性能,在1.5 A/g的電流密度下比電容可達335.2 F/g,功率密度411 W/kg,能量密度12.2 Wh/kg,在150 A/g的大電流下電容值仍高達187 F/g,且在此電流密度下連續(xù)充放電500周期電容值基本不變,說明復(fù)合纖維作為正極材料其性能可滿足超級電容器的實際應(yīng)用要求。 復(fù)合纖維有優(yōu)異的綜合性能,斷裂強度為67 MPa,電導(dǎo)率為362 S/cm,纖維有明顯的光電流響應(yīng)特性,在0.009 V電壓,50 mW/cm2氙燈照射下的光電流為5.5 ?A。 進而,嘗試調(diào)整制備及測試工藝,以單根碳納米管纖維替代鉑絲集流體,作為復(fù)合測試的正極,制得柔性電子編織物型超級電容器。 以真空浸漬-煅燒方法,在碳管纖維表面包裹了一層光滑均勻致密的二氧化鈦膜,用對可見光具有活性的N719染料修飾復(fù)合纖維,組裝成柔性纖維型染料敏化太陽能電池。性能測試電池的開路電壓(Voc)為0.025 V,短路電流(Jsc)為0.07 mA,填充因子(FF)為0.30,表明二氧化鈦/碳納米管復(fù)合纖維有作為纖維型染料敏化太陽能電池正極材料的潛力。 【關(guān)鍵詞】：碳納米管纖維 聚苯胺 超級電容器 二氧化鈦 纖維型染料敏化太陽能電池
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：TM53;TM914.4
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第一章 文獻綜述7-25
• 1.1 碳納米管及其復(fù)合材料在能源方面的應(yīng)用7-15
• （1） 碳納米管簡介7-8
• （2） 碳納米管及其復(fù)合材料作為能源材料的研究進展8-15
• 1.2 碳納米管復(fù)合纖維用于超級電容器15-20
• （1） 超級電容器簡介15-18
• （2） 碳納米管復(fù)合纖維用于超級電容器的研究進展18-20
• 1.3 碳納米管復(fù)合纖維用于太陽能電池20-23
• （1） 太陽能電池簡介20-21
• （2） 纖維型柔性太陽能電池發(fā)展現(xiàn)狀21-23
• （3） 碳納米管復(fù)合纖維用于太陽能電池的研究進展23
• 1.4 課題的提出23-25
• 第二章 實驗方法25-29
• 2.1 原料與設(shè)備25-26
• 2.2 簡要流程圖26-27
• 2.3 結(jié)構(gòu)表征方法27
• 2.4 性能測試方法27-29
• 第三章 聚苯胺/碳納米管復(fù)合纖維及其超級電容器性能29-57
• 3.1 引言29-30
• 3.2 復(fù)合纖維的制備及測試過程30-32
• 3.3 復(fù)合纖維結(jié)構(gòu)表征與電容性能測試32-38
• 3.4 復(fù)合纖維具有高電容性能原因分析38-50
• (1) 碳納米管纖維的高導(dǎo)電性和特殊的微納米結(jié)構(gòu)38-40
• (2) 聚苯胺本身的氧化還原贗電容特性以及降低內(nèi)阻作用40-44
• (3) 電化學(xué)誘導(dǎo)沉積技術(shù)的可控性和適應(yīng)性44-50
• 3.5 復(fù)合纖維的力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)性能測試50-53
• 3.6 復(fù)合纖維取代鉑絲用于超電容嘗試53-56
• 3.7 本章小結(jié)56-57
• 第四章 二氧化鈦/碳納米管復(fù)合纖維用于纖維結(jié)構(gòu)染料敏化太陽能電池57-66
• 4.1 引言57-58
• 4.2 纖維結(jié)構(gòu)染料敏化太陽能電池的組裝58-59
• 4.3 纖維結(jié)構(gòu)染料敏化太陽能電池的性能測試59-63
• (1) 實驗測試結(jié)果59-62
• (2) 對比文獻討論62-63
• 4.4 復(fù)合纖維的結(jié)構(gòu)表征63-65
• 4.5 本章小結(jié)65-66
• 第五章 結(jié)論66-67
• 第六章 存在的問題及展望67-68
• 參考文獻68-73
• 致謝73

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