金属微纤支撑的碳纳米管-碳气凝胶复合材料的跨尺度制备及其超级电容储能研究

（1）基于本实验室研制的具有薄层大面积三维开放网络的烧结8-um镍纤维材料为载体，以乙烯为碳源通过催化作用在纤维上直接生长CNTs，制备了一种薄层、大面积金属纤维-纳米碳纤维复合材料（CNTs/SMFNi；CNTs含量50wt%）。分别以酚醛树脂（RF、PF或者混合物）和聚酰亚胺树脂（PI）为前躯体，通过浸渍-碳化法组装多孔CAGs，创制了以金属微纤网络为集流极、CNTs为纳米导线、CAGs为离子存储库，尺度跨越宏观、微观和纳米的自支撑碳纳米管-碳气凝胶先进复合电极材料CAGs-CNTs/SMFNi，CAGs载持量可高达~42 wt%。直接以酚醛树酯（RF）为前躯体制备的复合碳材料RF-CAGs-CNTs/SMFNi在5.0 M KOH溶液中，扫描速率为1 mV/s时基于CAGs的比电容达360 F/g；通过在酚醛树脂的溶液中加入P123模板剂，可使CAGs具有较大的介孔孔道（4~10 nm），在有机电解质中表现出突出的电容储能性能：在0.1 M N(C2H5)4PF6中，扫描速率为1 mV/s时，基于CAGs的比电容达167 F/g。.（2）基于薄层大面积三维开放网络CNTs/Ni-fiber复合材料，通过溶胶涂覆法将PANi组装在CNTs/Ni-fiber上制得复合电极材料。其中，Ni-fiber网络作为集流极，CNTs充当纳米载流导线连接作为电荷存储器的PANi。以分子量10000的PANi单体制备的PANi、CNTs和Ni-fiber含量分别为28 wt%、28 wt%和44 wt%的复合电极材料具有最佳的电化学性质和化学电容储能性能。电流密度为0.5 A g-1时，基于PANi质量的比电容高达1450 F g-1，基于电极材料总质量的比电容仍达409 F g-1；基于电极材料总质量，在功率密度为200 W kg-1时，能量密度高达38 Wh Kg-1，即使在2000 W kg-1的较高功率密度下，能量密度仍可达22Wh Kg-1。特别是，PANi-CNTs/Ni-fiber复合电极材料具有良好的充放电循环稳定性。酸化后的PANi与CNTs发生π-π相互堆积作用产生一种特殊的电子作用，这不仅促进了PANi的电化学活性，且可能对PANi具有稳定作用进而改善了充放电循环稳定性。