超级电容器纸隔膜制备及其性能研究

超级电容器纸隔膜制备及其性能研究
超级电容器是一种功率密度大、充放电效率高、循环使用寿命长、工作环境温度范围广的一类绿色新型储能设备。

隔膜作为超级电容器的关键组成构件,其主要作用是隔离正负极、在充放电过程中作为离子转移运输的通道导通电子。

本论文优选具有皮芯结构的LW纤维为主要原料,制备超级电容器纸隔膜。

研究了微纤化纤维素纤维的制备技术,对比探究低浓打浆、高浓磨浆方式以及打浆度对LW微纤化纤维制备的影响。

发现打浆处理促进了纸基隔膜机械强度的提高,低浓打浆能够制得分丝帚化效果较好的LW微纤化纤维浆料,但LW微纤化纤维卷曲变形严重;高浓磨浆处理后的纤维分丝帚化效果良好,无明显卷曲现象,制备的纸隔膜强度性能也大幅提升。

综合比较认为,经高浓磨浆后打浆度为85°SR的LW微纤化纤维能够作为制备超级电容器纸隔膜的主要原料。

选用具有较高长径比的龙须草纤维、竹浆纤维、麻浆纤维和对位芳纶短切纤维与LW微纤化纤维复配,试验对比纸隔膜物理性能的结果。

LW微纤化纤维与打浆度为40°SR的龙须草纤维复配,能够有效提高纸隔膜的抗张强度(0.67 kN/m)和孔隙率(69%)。

引入微纤丝纤维素纤维(MFC),通过对比MFC纤维的不同加入方式发现,当采用改性龙须草纤维@MFC复合体与LW微纤化纤维复配制得的纸隔膜能够有效调控纸张结构,优化孔隙分布,降低平均孔径大小。

在改性前后的龙须草浆料中添加6%(质量分数)的MFC纤维,制得的纸隔膜抗张强度相应提高了11.7%,达到0.76 kN/m,平均孔径降低了16.7%,降低至0.60μm。

改性龙须草纤维@MFC复合体与LW微纤化纤维复配制得的纸隔膜相比于表面
涂布MFC纤维的纸隔膜,抗张强度提高了10.1%。

通过研究纸隔膜厚度和孔隙结构对超级电容器电化学性能的影响后发现,超级电容器等效串联内阻随纸隔膜厚度的增加而增大。

纸隔膜孔隙率、孔径大小及分布对超级电容器电性能发挥有显著影响,当隔膜厚度相同时,随着隔膜孔隙率的下降,超级电容器内阻明显增加,能量密度和功率密度显著下降。