氟化碳是一种怎样的材料？( 二 ) _氟化碳

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2. 如何提升材料的功率密度
氟化碳材料功率密度较低的主要原因是其自身扩散动力学特性较差，以及较差的电子导电性，提升氟化碳材料倍率性能的主要手段是提升其固有的电子导电性，主要是通过控制氟化过程进行。其中最有效的手段是采用碳纳米纤维作为前驱体进行氟化，可以获得纳米结构的氟化碳材料。采用直径在8-20nm，长度为2-20um的碳纤维，在380-480℃范围内，在F2条件下进行氟化16h 。可以获得氟化碳材料。这种材料的突出特性是在纳米纤维的内部存在未被氟化的碳原子，因此能够有效的提升材料自身的电子导电性。
由于碳纤维的直径较大，因此氟化的过程是一个从外到内缓慢的过程，因此其氟化温度通常要高于常规的石墨的氟化温度。
当氟化温度在435-450℃的范围内，氟的量可达0.7-0.8，氟化过程从外向内发展，形成(C2F)n，此时材料中仍然存在未被氟化的碳原子，氟化的部分形成纳米结构，分散在未氟化的材料中，从而保证快速的电子扩散，改善材料的功率密度。

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实验表明上述纳米碳纤维材料的F/C比为0.76时，材料的功率密度可达惊人的8057W/kg，能量密度也可达到1749Wh/kg，其功率密度可以达到常规材料的6倍以上。F/C比进一步增加到0.8以上时，则材料的功率密度会有所降低，但是仍然要高于传统的氟化碳材料。

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3. 如何提升材料的容量？
提升氟化碳材料容量的有效方法是降低材料中反应活性较差的多氟化物，例如CF2和CF3等，一种可行的方法是采用原子F，而不是分子F2作为氟源。在这一理念下，TbF4成为一种氟源，热重数据显示在300-500℃范围内，TbF4会释放一个F原子，生产过程中会采用具有两种温度的两个容器，其中一个容器装TbF4，加热到450℃，另外一个容器则装用来氟化的纳米碳纤维，加热温度为420-500℃，反应时间为16h，反应如下式所示。在这一氟化条件下，材料更加倾向于形成(CF)n-，材料中的CF2和CF3的含量很少。

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下图中作者对比了采用直接氟化工艺（黑色方块）和TbF4氟化工艺（圆圈）的氟化纳米碳纤维在10mA/g和720mA/g的电流密度下的放电曲线，从图中能够看到采用TbF4工艺制备的氟化纳米碳纤维材料无论是在放电容量，还是在放电电压下都要比直接氟化工艺制备的材料更高。

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Katia Gue ?rin从能量密度、功率密度和容量发挥的角度对比了不同的制备工艺对氟化碳材料性能的影响，采用挥发性氟化物和HF混合气体能够有效的提升材料比能量，采用特殊形貌的纳米结构碳源能够提升材料的功率密度，而采用TbF4作为氟源则能够有效的提升材料的容量发挥。
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Applicative performances of fluorinated carbons through fluorination routes: A review,