超临界二氧化碳沉积制备一维金属氧化物/碳超级电容器电极与其性能研究

Based on the purpose of optimizing materials microstructure, composite supercapacitor electrode will be fabricated by coating the high surface area, highly porous one dimensional carbon nanofibers with pseudo-capacitive metal oxide using supercritical carbon dioxide deposition method. By controlling the experimental parameters of the supercritical carbon dioxide deposition process, the interface properties of the metal oxide/carbon, the electronic conductivity of the composite electrode and the surface microstructure properties can be tuned. The electrochemical performance of the electrode can be optimized, and the theory to correlate the electrode microstructure and its electrochemical performance will be developed.

出于优化材料微观结构的目的，利用超临界二氧化碳沉积法在大比表面积，孔隙发达的一维碳纳米纤维上包覆赝电容金属氧化物薄膜以制备超级电容器的复合电极。通过控制超临界二氧化碳沉积的实验参数，调控金属氧化物/碳之间的界面特性以及复合电极的导电性和表面微结构特性，实现电极电化学性能的优化，并发展出适用于金属氧化物/碳复合电极的微观结构与电化学关联的理论。

本课题通过超临界流体沉积手段，在大比表面积，孔隙发达的一维碳纳米纤维上包覆赝电容金属氧化物薄膜以制备超级电容器的复合电极。通过控制超临界流体沉积的实验参数，调控金属氧化物/碳之间的界面特性以及复合电极的导电性和表面微结构特性，实现电极电化学性能的优化，并发展出适用于金属氧化物/碳复合电极的微观结构与电化学关联的理论。. 在课题研究过程中，将研究内容分为多孔碳纳米纤维的制备、超临界流体沉积金属氧化物纳米结构的可控制备、以及金属氧化物/多孔碳纳米纤维的复合材料的界面调控三块内容，进行协同研究。首先发展了新型的多孔碳纳米纤维的制备手段，获得了比表面积、孔容率、孔径分布可调控的一维碳纳米纤维。其次，探索了以超临界流体为介质制备微观结构可调，具有高赝电容性能的金属氧化物纳米结构的可行性。最终通过超临界流体沉积，实现了金属氧化物薄膜/多孔碳纳米纤维的复合电极材料，并详细研究了其微观结构与电化学储能性能之间的关联关系。所获得结果为进一步提升超级电容器器件性能奠定了理论与应用基础。. 本项目原定发表SCI论文表SCI论文3～5篇，其中IF大于3的1～2篇， 培养硕士研究生2名，申请专利1～2项。在国家自然科学基金的资助下，本项目进展顺利，研究内容基本按照原定计划进行，基本完成了项目任务书中要求的各项主要内容。本项目的研究成果已发表SCI论文6篇，其中IF大于3的5篇；申请国家发明专利3项；依托本项目，培养硕士研究生1名，完成本科生毕业设计3人。