[发明专利]一种多孔SiC@PANI核/壳纳米线准阵列的制备方法及其在超级电容器中应用

说明书

本发明涉及一种多孔SiC@PANI核/壳纳米线准阵列的制备方法及其在超级电容器中应用，属于能源制造技术领域。本发明公开了一种多孔SiC@PANI核/壳纳米线准阵列的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将聚硅氮烷和三聚氰胺的粉末混合后置于覆盖有碳基材的坩埚中，通过化学气相沉积法在碳基材上负载SiC纳米线；然后将负载有SiC纳米线的碳基材作为阳极，将铂片电极作为阴极，苯胺酸性溶液作为电解液，通过脉冲电沉积获得多孔SiC@PANI核/壳纳米线准阵列。本发明还公开了一种多孔SiC@PANI核/壳纳米线准阵列及其在超级电容器中应用。

技术领域

本发明属于能源制造技术领域，涉及一种多孔SiC@PANI核/壳纳米线准阵列的制备方法及其在超级电容器中应用。

背景技术

目前，对锂离子电池，燃料电池和超级电容器等能量存储装置的需求不断增加，迫使科研人员寻找可持续的能量存储技术。在各种候选储能器件中，超级电容器因其吸引人的特性而引起了人们的极大兴趣。如高功率，优异的循环稳定性，快速充放电，环境友好和寿命长。这些重要的属性在当今快速增长的电子工业中保持适用于便捷式存储系统的需求。然而，尽管具有上述优异的特征，其实际应用的主要障碍是低能量密度。至今为止，增强超级电容器性能的常用方法是通过优化材料的固有性质，并采用适当的电极结构设计。因此，开发具有优异的电化学性质和结构的能量存储活性材料，来迅速增加超级电容器的能量密度已成为一项迫切的任务。

聚苯胺(PANI)作为一种赝电容材料，由于其高理论电容，低成本，易于合成，可在各种基板上用作涂层等，因此，近几十年来得到广泛的研究。然而，PANI作为超级电容器电极活性材料在其稳定性和利用率方面仍然具有明显的问题，包括：i)聚苯胺骨架在储能过程中的膨胀和收缩破坏了材料结构，ii)PANI在快速储能过程中的利用率相对较低，这限制了电极储能活性物质负载量。因此，进一步寻求简单有效的方法来设计和制备具有稳定结构高负载量的PANI电极十分必要的。

最近，为了克服上述问题，一种有效的方法是将PANI纳入导电材料，例如碳和碳化物，以提高电化学性能。复合材料还限制了PANI的体积膨胀和收缩，同时提高了复合材料的整体电子传递效率。另一种方法是形成定向PANI，即在导电基体上形成良好的纳米结构阵列，而不是粉末形式，这可以促进电解质快速渗透到纳米线的间隙中，从而充分利用电极表面积并导致高比电容，以及优异的倍率性能。

尽管到目前为止，聚苯胺材料已经取得了相当大的进展，但设计和制造具有智能纳米结构的先进聚苯胺基复合电极材料来提高整体性能仍然是一个艰巨的挑战。因此，基于以上讨论，如果能探索一种有效的超级电容制备方法，将有望解决目前超级电容器存在的主要问题，有力推动其在微电路领域的应用。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种通过原位合成方法制备多孔SiC@PANI准阵列，并将其应用于超级电容器。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

一种多孔SiC@PANI核/壳纳米线准阵列的制备方法，所述制备方法包括：将聚硅氮烷和三聚氰胺的粉末混合后置于覆盖有碳基材的坩埚中，通过化学气相沉积法得到SiC纳米线；然后将负载有SiC纳米线的碳基材作为阳极，将铂片电极作为阴极，苯胺酸性溶液作为电解液，通过脉冲电沉积获得SiC@PANI核/壳纳米线准阵列。

相对于排列整齐的普通阵列，本发明的碳化硅纳米线以近乎垂直的方式排列在碳布的纤维，因此称之为准阵列。

作为优选，所述脉冲电沉积过程设置脉冲电源交流模式，占空比为 45-55％，电压为0-1.5V，频率为45-55Hz，时间为40-75min。

进一步优选，所述脉冲电沉积过程的电压为0-1.2V，时间为50-70min。