本文研究了超级电容器用聚酰亚胺(PI)基多孔纳米纤维隔膜的制备与表征。通过静电纺丝可溶性PI和聚乙烯吡咯烷酮(PVP),然后在超声辅助振动下进行溶液诱导相分离,制备了PI基多孔纳米纤维。利用扫描电子显微镜、孔结构和比表面积分析研究了PI基隔膜的形貌和结构。在离子液体电解质中通过交流阻抗法、循环伏安法和恒流充放电试验对其电化学性能进行了表征。结果表明,由PI:PVP质量比=1:1的电纺纤维衍生的PI纳米纤维显示出高比表面积(212.4m2/g)、宽稳定性电化学窗口(0.0-4.55V)和高电解质吸收率(430wt%)。
图1.光学显微镜图像,DMF中的聚合物溶液,PI:PVP=(a)1:0,(b)2:1,(c)1:1,(d)1:2,(e)0:1;PI:PVP干膜=(A)1:0,(B)2:1,(C)1:1,(D)1:2,(E)0:1。
图2.由PI:PVP=(a)和(A)1:0,(b)和(B)2:1,(c)和(C)1:1,(d)和(D)1:2,(e)和(E)1:3衍生的电纺纤维和多孔纳米纤维的SEM图像。
图3.(I)由PI:PVP=(a)1:0,(b)2:1,(c)1:1,(d)1:2,(e)1:3衍生的PI纳米纤维的FTIR光谱。(II1)氮气吸附/解吸等温线和(II2)孔径分布,(a)由PI:PVP=1:1衍生的PI电纺纤维,(b)多孔PI纳米纤维。(IIIa)PI,(IIIb)PVP分子结构。
图4.(I)由PI:PVP=(Ia)1:0,(Ib)2:1,(Ic)1:1,(Id)1:2,(Ie)1:3衍生的PI纳米纤维的接触角图像,(II)由PI:PVP=(a)1:0,(b)2:1,(c)1:1,(d)1:2,(e)1:3衍生的PI纳米纤维的离子液体吸收。
图5.(I)由PI:PVP=(a)1:0,(b)2:1,(c)1:1,(d)1:2,(e)1:3衍生的多孔PI纳米纤维的电化学窗口。(II1)对PI:PVP=(a)1:0,(b)2:1,(c)1:1,(d)1:2,(e)1:3衍生的PI多孔纳米纤维进行离子电导分析得出的交流阻抗谱,(II2)奈奎斯特图。(III)PI基纳米纤维的充放电测试,PI:PVP=(a)1:0,(b)2:1,(c)1:1,(d)1:2,(e)1:3。(IV)PI基纳米纤维的循环伏安图,PI:PVP=(a)1:0,(b)2:1,(c)1:1,(d)1:2,(e)1:3。(V)PI基纳米纤维的循环伏安图,PI:PVP=1:1。
图6.PI多孔纳米纤维在不同扫描速率下的循环伏安曲线。(a)0.02V/s,(b)0.01V/s,(c)0.005V/s,(d)0.0025V/s。
图7.由PI:PVP=(a)1:0,(b)2:1,(c)1:1,(d)1:2,(e)1:3衍生的PI多孔纳米纤维的充放电曲线,(f)不同电流密度下PI多孔纳米纤维的Ragone图。