咪唑类离子液体功能化碳纳米管基复合材料的制备及其超电容特性

本项目拟采用咪唑阳离子类离子液体对具有高比表面特性的一维碳纳米管进行非共价功能化修饰，以期有效改善其分散性。并且通过改变该类离子液体中阴离子种类，使其除具有分散剂特性外还可以充当赝电容活性物质前驱体的反应模板、锚定剂或直接参与电荷存储，从而制备具有高容量和赝电容活性物质高分散特性的碳纳米管基复合材料。预期在该类碳纳米管基复合材料中，功能化离子液体可以通过与碳纳米管以及其自身阴阳离子间的相互作用而使赝电容活性物质在碳纳米管表面实现均一的分散，且部分具有氧化还原特性的离子液体在作为电解液时也同时可以参与电荷存储和拓宽测试的电势区间，因此将会有效提升复合材料的电化学性能。在此基础上评价所得复合电极材料的能量密度、功率特性和循环稳定性等电化学特性和储能机理以及组分和形貌对其电容特性的影响，探讨碳纳米管载体与负载的赝电容活性材料之间的复合机理，为其在超级电容器中的应用提供理论支持。

电化学电容器作为一种具有高功率和长寿命的优良储能器件，近年得到了广泛关注。具有法拉第赝电容特性的电活性物质，与具有良好双电层电容特性的碳纳米管复合可实现二者优势互补，可望在大电流密度下获得更高的能量密度。因此，本项目以咪唑类离子液体对高比表面碳纳米管（CNTs）进行非共价修饰，以期改善其分散性。并且通过改变该类离子液体中阴离子种类，使其除具有分散剂特性外还可充当赝电容物质前驱体的反应模板、锚定剂，从而制备具有高容量和赝电容活性物质高分散特性的碳纳米管基复合材料。.1. 合成了1-丁基-3-甲基咪唑氯盐离子液体 ([BMIM][MClx])，并对CNTs进行非共价功能化修饰。CNTs在离子液体中表现出良好的分散性。.2.以Bmim[RuCl4]功能化CNTs为载体，采用高能固相球磨法，实现了高负载RuO2•xH2O在CNTs表面均匀分散。当RuO2•xH2O负载量为10 wt.%和30 wt.%时，RuO2•xH2O电化学利用率分别达到1237 F g-1和1154 F g-1，表明复合材料在高负载下仍然具有良好的能量存储特性。.3. 以Bmim[NiCl3]功能化CNTs为载体，采用高能固相球磨法，实现了NiO在CNTs表面的均匀负载。Bmim[NiCl3]功能化CNTs具有双功能，既可作为高比表面基底，又可以[NiCl3]-形式锚定Ni2+前驱体在其侧壁得到富集。复合材料拥有优良的倍率和容量特性，NiO电化学利用率得到提高。.4. 以Bmim[Co0.5Ni0.5Cl3]功能化CNTs为载体，采用高能固相球磨法制备了具有核壳结构的高容量CoNiOx/CNTs复合材料。CoNiOx由于与碱性电解质接触，转变为beta-Co(OH)2和beta-Ni(OH)2，形成具有发散结构的毛刺。这种结构进一步增大了复合材料与电解质溶液的接触面积，加上beta-Ni(OH)2的高容量特性以及beta-Co(OH)2良好的导电性，复合材料表现出更好的容量和功率特性。.5. 以BmimBF4为电解液，通过添加微量K3[Fe(CN)6]，研究了CNTs的电化学特性。由于吸附于CNTs表面的K3[Fe(CN)6]可通过[Fe(CN)6]3+/[Fe(CN)6]4+电对的氧化还原反应进行电荷存储，CNTs表现出更好的容量特性和能量密度。