碳纳米管复合纤维超级电容器和太阳能电池

【摘要】：碳纳米管由于其优异的力、电综合性能,在各个领域都有广泛的应用前景,特别是在能源材料领域在近几年受到人们的重点关注和深入研究。而碳纳米管纤维作为碳纳米管的一维宏观结构,具有独特的结构和特殊的力电性能,有希望作为电池或电容器的新一代电极材料应用于能源材料领域。因此本文以CVD法制备的连续碳纳米管纤维为基底,复合上具有高电容特性的聚苯胺或优异半导体特性的二氧化钛制成复合纤维,并作为电极材料分别应用于超级电容器和染料敏化太阳能电池。 通过动电位电化学诱导沉积技术,在碳纳米管纤维内部的无数根管束表面包覆了一层均匀致密的高电容活性聚苯胺膜。性能测试表明,沉积300周期的复合纤维(60 wt.% Pani)具有最佳的电容性能,在1.5 A/g的电流密度下比电容可达335.2 F/g,功率密度411 W/kg,能量密度12.2 Wh/kg,在150 A/g的大电流下电容值仍高达187 F/g,且在此电流密度下连续充放电500周期电容值基本不变,说明复合纤维作为正极材料其性能可满足超级电容器的实际应用要求。 复合纤维有优异的综合性能,断裂强度为67 MPa,电导率为362 S/cm,纤维有明显的光电流响应特性,在0.009 V电压,50 mW/cm2氙灯照射下的光电流为5.5 ?A。 进而,尝试调整制备及测试工艺,以单根碳纳米管纤维替代铂丝集流体,作为复合测试的正极,制得柔性电子编织物型超级电容器。 以真空浸渍-煅烧方法,在碳管纤维表面包裹了一层光滑均匀致密的二氧化钛膜,用对可见光具有活性的N719染料修饰复合纤维,组装成柔性纤维型染料敏化太阳能电池。性能测试电池的开路电压(Voc)为0.025 V,短路电流(Jsc)为0.07 mA,填充因子(FF)为0.30,表明二氧化钛/碳纳米管复合纤维有作为纤维型染料敏化太阳能电池正极材料的潜力。 【关键词】：碳纳米管纤维 聚苯胺 超级电容器 二氧化钛 纤维型染料敏化太阳能电池
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TM53;TM914.4
【目录】：

• 中文摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第一章 文献综述7-25
• 1.1 碳纳米管及其复合材料在能源方面的应用7-15
• （1） 碳纳米管简介7-8
• （2） 碳纳米管及其复合材料作为能源材料的研究进展8-15
• 1.2 碳纳米管复合纤维用于超级电容器15-20
• （1） 超级电容器简介15-18
• （2） 碳纳米管复合纤维用于超级电容器的研究进展18-20
• 1.3 碳纳米管复合纤维用于太阳能电池20-23
• （1） 太阳能电池简介20-21
• （2） 纤维型柔性太阳能电池发展现状21-23
• （3） 碳纳米管复合纤维用于太阳能电池的研究进展23
• 1.4 课题的提出23-25
• 第二章 实验方法25-29
• 2.1 原料与设备25-26
• 2.2 简要流程图26-27
• 2.3 结构表征方法27
• 2.4 性能测试方法27-29
• 第三章 聚苯胺/碳纳米管复合纤维及其超级电容器性能29-57
• 3.1 引言29-30
• 3.2 复合纤维的制备及测试过程30-32
• 3.3 复合纤维结构表征与电容性能测试32-38
• 3.4 复合纤维具有高电容性能原因分析38-50
• (1) 碳纳米管纤维的高导电性和特殊的微纳米结构38-40
• (2) 聚苯胺本身的氧化还原赝电容特性以及降低内阻作用40-44
• (3) 电化学诱导沉积技术的可控性和适应性44-50
• 3.5 复合纤维的力学、电学、光学性能测试50-53
• 3.6 复合纤维取代铂丝用于超电容尝试53-56
• 3.7 本章小结56-57
• 第四章 二氧化钛/碳纳米管复合纤维用于纤维结构染料敏化太阳能电池57-66
• 4.1 引言57-58
• 4.2 纤维结构染料敏化太阳能电池的组装58-59
• 4.3 纤维结构染料敏化太阳能电池的性能测试59-63
• (1) 实验测试结果59-62
• (2) 对比文献讨论62-63
• 4.4 复合纤维的结构表征63-65
• 4.5 本章小结65-66
• 第五章 结论66-67
• 第六章 存在的问题及展望67-68
• 参考文献68-73
• 致谢73

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