利用廢舊電池粉制備導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料及其電化學(xué)性能研究.pdf

1、超級(jí)電容器作為新型儲(chǔ)能設(shè)備，因?yàn)榫哂休^高的能量密度和功率密度、好的循環(huán)穩(wěn)定性、快速充放電速率以及操作安全的優(yōu)點(diǎn)，而得到了廣泛研究和應(yīng)用。為了提高超級(jí)電容器的性能參數(shù)，人們使用了不同材料作為超級(jí)電容器的電極材料并測(cè)定了電極材料的電化學(xué)性能。其中，聚吡咯和聚苯胺是研究最多的導(dǎo)電聚合物電極材料；二氧化錳是性能較好的金屬氧化物；石墨烯因?yàn)楠?dú)特的結(jié)構(gòu)可以作為其他材料的基質(zhì)和模板，提高復(fù)合材料的電化學(xué)性能。
　　近年來(lái)，由于廢舊干電池的大量丟

2、棄對(duì)環(huán)境和人體健康造成了危害，利用廢舊干電池制備高收益的功能性材料成為研究熱點(diǎn)。廢舊電池粉的主要成分是二氧化錳和石墨粉。因此，可以利用廢舊電池粉制備導(dǎo)電聚合物基復(fù)合材料，并應(yīng)用在超級(jí)電容器中。
　　本文概述了超級(jí)電容器的儲(chǔ)能原理、電極材料、聚吡咯、聚苯胺和導(dǎo)電聚合物基復(fù)合材料以及廢舊干電池的回收利用現(xiàn)狀和研究進(jìn)展。我們以廢舊電池粉作為原料，氧化制備了聚吡咯和聚苯胺的復(fù)合材料，并考察了不同反應(yīng)條件對(duì)產(chǎn)物的形貌、產(chǎn)率、電導(dǎo)率和電化學(xué)性

3、能的影響情況。具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括以下三部分：
　?。?）以廢舊電池粉中的二氧化錳作為氧化劑，吡咯作為單體，通過(guò)原位化學(xué)氧化聚合方法制備了石墨粉/聚吡咯(G/PPy)和石墨粉/二氧化錳/聚吡咯(G/MnO2/PPy)復(fù)合材料。實(shí)驗(yàn)考察了不同的鹽酸濃度、二氧化錳/吡咯摩爾比、摻雜劑對(duì)甲苯磺酸鈉/吡咯(p-TSNa/pyrrole)摩爾比以及酸溶液體積對(duì)復(fù)合材料的形貌、產(chǎn)率、電導(dǎo)率和電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，因?yàn)殡姵胤壑械腗nO2結(jié)晶度

4、較低，比電容較低，所以G/PPy復(fù)合材料性能優(yōu)于G/MnO2/PPy復(fù)合材料的性能。當(dāng)p-TSNa/pyrrole摩爾比為1.0時(shí)，制備的G/PPy復(fù)合材料的電化學(xué)性能更好。其中，G/PPy-11復(fù)合材料的比電容最高，為212 F/g，并且在循環(huán)1000圈后比電容保持89.5％，顯示了較好的電化學(xué)穩(wěn)定性。
　?。?）以廢舊電池粉作為原料，和苯胺單體混合后在冰浴攪拌條件下制備得到了聚苯胺基二元和三元復(fù)合材料(G/PANI和 G/Mn

5、O2/PANI)。實(shí)驗(yàn)選用了不同的鹽酸濃度、二氧化錳/苯胺摩爾比和酸溶液體積作為苯胺的聚合反應(yīng)條件。結(jié)果表明，1.0 mol/L鹽酸濃度下制備的G/PANI產(chǎn)物的比電容較高，而且二元復(fù)合材料的性能優(yōu)于三元復(fù)合材料的性能。其中，G/PANI-14復(fù)合材料具有最高的比電容(317 F/g)和好的循環(huán)穩(wěn)定性，循環(huán)1000圈后仍保持84.6%的比電容。
　?。?）以第二個(gè)工作制備聚苯胺復(fù)合材料的最優(yōu)聚合反應(yīng)條件為準(zhǔn)，將氧化石墨烯(GO)加

6、入到苯胺和電池粉的反應(yīng)體系中，制備了氧化石墨烯/石墨粉/聚苯胺復(fù)合材料(GO/G/PANI)。使用水合肼對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行還原，得到了還原氧化石墨烯/石墨粉/聚苯胺復(fù)合材料(rGO/G/PANI)。實(shí)驗(yàn)考察了GO加入量對(duì)復(fù)合材料性能的影響。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果表明，加入GO后的GO/G/PANI復(fù)合材料和沒(méi)加GO的G/PANI復(fù)合材料相比，電化學(xué)性能有所提高；而且使用水合肼還原后的rGO/G/PANI復(fù)合材料的電化學(xué)性能進(jìn)一步提高。其中，當(dāng)GO/