【摘 要】
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新能源材料的开发、设计和制备倍受关注。储能材料对自身的热、电传导性、低密度、耐腐蚀、结构稳定提出了要求,制备出的材料常不能集性能于一体。本文以酚醛树脂为碳质黏结剂前驱体,采用浆料成型法制备出炭纤维（CF）和纳米石墨片（GNP）的复合网络体（CF-GNP）,此纯碳骨架网络体具有导热、导电、低密度、结构稳定的功能。该网络体被应用到了相变储能和锂离子电池储能,通过真空浸渍法复合石蜡,制得CF-GNP/石
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新能源材料的开发、设计和制备倍受关注。储能材料对自身的热、电传导性、低密度、耐腐蚀、结构稳定提出了要求,制备出的材料常不能集性能于一体。本文以酚醛树脂为碳质黏结剂前驱体,采用浆料成型法制备出炭纤维（CF）和纳米石墨片（GNP）的复合网络体（CF-GNP）,此纯碳骨架网络体具有导热、导电、低密度、结构稳定的功能。该网络体被应用到了相变储能和锂离子电池储能,通过真空浸渍法复合石蜡,制得CF-GNP/石蜡相变复合材料CF-GNP-5000和CF-GNP-5010,应用于相变热能的存储与释放;通过水热法对网络体负载镍的氧化物,制备出5000-Ni O和5010-Ni O,再通过浸渍不同浓度多巴胺（PDA）的5010-Ni O,得到碳包覆网络体5010-Ni O-PDA12和5010-Ni O-PDA40,然后对这些网络体应用于锂离子电池储能负极材料。通过SEM、XRD、Raman、CV等表征和分析了合成材料的物相、形貌、结构、物理和化学性质。结果显示网络体CF-GNP中GNP的加入可以提高相变石蜡储能复合材料的导热效率及热稳定性;提高网络体锂离子电池储能稳定性和倍率的性能,低浓度的PDA碳包覆可以进一步提高网络体锂离子电池储能稳定性和倍率的性能。SEM显示CF-GNP网络体添加GNP后黏结点会变的粗糙,随着GNP和酚醛含量的增加会出现GNP块体,CF-GNP网络体中还会出现其它多样的连接通路,它可以用来改善石蜡相变材料的导热慢的缺点。CF-GNP/石蜡相变储能复合材料的导热效率比纯石蜡相变材料大幅提升。随着CF含量的增加,CF-GNP/石蜡复合材料从7℃升温至65℃所需时间缩短,从纯石蜡所需时间的1/4降至大概1/7。而GNP的添加进一步加强了网络体的导热增强效应,其中网络体的CF含量越低,GNP导热增强效应越明显。经热稳定测试表明,本研究中所制备的CF-GNP/石蜡复合材料均具有良好热稳定性。CF-GNP网络体明显改善了石蜡相变材料的导热率低和热稳定性差两大问题。CF-GNP网络体中添加GNP后的CF-GNP-5010要比未添加GNP的CF-GNP-5000的储锂稳定和倍率性要好。CF-GNP-5010和CF-GNP-5000都有较高的首圈放电比面积容量,分别达到23.5 m Ah cm-2和16.9 m Ah cm-2。CF-GNP-5010和CF-GNP-5000在2 m A cm-2放电密度下循环100圈后,比面积容量分别保有2.5 m Ah cm-2和1.47 m Ah cm-2。氮气吸附测试结果显示CF-GNP-5010要比CF-GNP-5000的比表面积大且达到136.1m2/g。Ni O负载使网络体5010-Ni O和5000-Ni O的首圈放电单位比面积容量在CF-GNP-5010和5000-Ni O基础上有了提升,分别达到45 m Ah cm-2和23 m Ah cm-2,但两者储放锂的稳定性在大电流5 m A cm-2下表现不足。通过PDA包覆5010-Ni O网络体后得到的5010-Ni O-PDA12储锂稳定性和倍率性能有了较大改善,它在电流密度为1,3,5,8,5,3 m A cm-2下进行倍率性能测试时,其放电比面积容量分别7,4.7,3.4,1.7,2.5,3.7 m Ah cm-2;在电流密度为5 m A cm-2下循环120圈后仍保持有1.6 m Ah cm-2。
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