碳纳米材料技术文献综述(4)
与传统碳类导电添加剂相比，碳纳米管作为导电剂加入进锂离子电池的阴极或阳极具有非常明显的优势。碳纳米管的室温电导率达5105 S/m，且长径比大于10000，使得其导通阈值远低于其他碳类导电添加剂。单壁碳纳米管含量只需 0.2 wt %就可以达到导通作用[30]。更重要的是，通过加入碳纳米管可以显著提高锂电池的稳定性，增加其使用寿命。
2010 年，Liu等[31]通过溶胶凝胶-煅烧工艺合成出了多壁碳纳米管/LiMn2O4复合材料作为正极用于锂离子电池。组装成的电池比电容最高可达72 mAh/g（0.5 C），且循环充放电20周后性能只损失 1 %，远小于纯LiMn2O4电极所制电池9 %的损耗。
除了作为导电添加剂，将碳纳米管宏观体直接用作锂电池电极材料的研究
也是近期的热点之一。由于碳纳米管宏观体的制备已经相对成熟，各种结构的碳
纳米管宏观体，如阵列、巴基纸等结构均具有一定的力学性能和优秀的电学性能，
可作为自支撑电极材料用于锂离子电池的电极材料，这种电极的优点在于可将无活性的铜箔负集流体完全去掉，使锂电池的可用电容值显著高。电容值为300 mAh/g的自支撑碳纳米管电极锂离子电池，其可用电容值是300 mAh/g，若在电极两侧加入铜箔，由于铜箔没有任何电化学活性却占用相当大的质量，因此其可用电容值只有 160 mAh/g。除此之外，去除铜箔还可以保证电池充电时的起始电位近乎于零[32]。
2009 年，Zhang等[33]通过水热法制得SnO2单层纳米颗粒均匀包覆于碳纳米管薄膜的复合电极，且由于材料内部碳纳米管或管束呈十字交叉堆垛结构，合SnO2后依然保留着碳纳米管之间的电接触。性能测试表明这种无粘结剂自支撑复合阳极板材的电容值高达 850 mAh/g，且充放电 65 周后性能完全没有损耗。
2009 年，Ajayan等[34]以多孔氧化铝为模板通过真空过滤和化学气相沉积技术制备出了具有MnO2/CNT同轴结构的复合纳米管阵列，并用此阵列作为锂电池的阴极材料。性能测试显示其具有较为优异的电容性能，首周的比电容高达 2170mAh/g，稳定的可逆电容为 500 mAh/g。
2010 年，Wang等[35]采用CVD法将碳纳米管阵列中每根碳纳米管的表面均匀包覆了一层晶体硅，并用此复合材料作为锂离子电池的阳极材料。测试结果表明此复合材料具有极高的电容性能，可逆充放电电容高达 2000mAh/g，充放电 25 周后仅有 0.15 %的损耗。综上所述，将碳纳米管作为电极材料应用于锂离子电池可显著提高电池性能，说明碳纳米管本身的高导电性和高强度有利于电池性能的改善。
(4)由于纳米材料具有特殊的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应，使得其在电子器件、化学化工、纺织品、航空航天等领域有较大的应用空间。但是作为碳纳米笼，人们对它的认识还处于初级阶段，其应用的研究也较少，所以下面就对碳纳米笼的应用做一简单介绍。
燃料电池作为一种新型高效的替代电源,具有环境友好及能量转化效率高等优点[36]。高活性、长寿命的电极催化剂是燃料电池的核心部件，低温燃料电池，包括以氢－氧为燃料的质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell, PEMFC)和直接甲醇燃料电池(direct methanol fuel cell, DMFC)，一般采用高负载量的铂基催化剂[37]。
适宜的电极催化剂载体则应具备良好的导电性能、较大的比表面积、合理的孔结构(具有较多的中孔比例,满足反应气体及气体产物的传质)以及优异的抗腐蚀性等特点。从催化剂成本和寿命等实际应用角度考虑, 最常用的载体为炭黑材料，碳纳米材料具有独特的微孔状结构和由连续的sp2杂化提供的独特的电子特性,使其与表面负载的金属活性相产生一种特殊的载体－金属相互作用，且其比表面积较高，有利于金属的沉积，因此成为多相催化研究领域的一个热点。