聚苯胺的微乳液法制備及其在超級(jí)電容器中的應(yīng)用.pdf

1、超級(jí)電容器是一種新型的儲(chǔ)能元件，其性能介于普通電容器和化學(xué)電源之間。超級(jí)電容器的電極材料決定了其性能，常用的電極材料主要有碳材料、金屬氧化物及導(dǎo)電聚合物等。在眾多的導(dǎo)電聚合物中，聚苯胺因其優(yōu)異的性能而得到了廣泛的關(guān)注。本論文分別用乳液法及微乳液法合成了納米聚苯胺，制備了聚苯胺/活性炭電極，并對(duì)其電化學(xué)性能進(jìn)行研究。文中利用掃描電子顯微鏡(SEM)及透射電子顯微鏡(TEM)對(duì)材料的形貌，微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，并用循環(huán)伏安法(CV)，恒流充放

2、電法和交流阻抗法(EIS)全面分析了電極的電容性能。全文主要內(nèi)容概況如下：
　　 (1)活性炭電極的制備及其電化學(xué)性能測(cè)試在H2SO4體系中對(duì)制備的活性炭電極進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試。SEM表明納米級(jí)的炭黑均勻的分散在活性炭周?chē)?，形成?dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。循環(huán)伏安、恒流充放電及交流阻抗測(cè)試表明活性炭電極具有雙電層電容的特性，表現(xiàn)出了較好的可逆性；在電流密度為5 mA·cm-2時(shí)，電極的比容為171.2 F·g-1；1000次循環(huán)后，比容為首次放電

3、容量的95％。組裝的對(duì)稱型超級(jí)電容器在2 mA·cm-2的電流密度下電位窗口為[0，1.0 V]時(shí)能量密度及功率密度分別為8.6 Wh·kg-1及144.9 W·kg-1。這表明其電容性能仍需要進(jìn)一步提高。
　　 (2)聚苯胺的微乳液法制備及電化學(xué)性能測(cè)試以十二烷基苯磺酸鈉為乳化劑、鹽酸為摻雜劑、正丁醇為助乳化劑通過(guò)微乳液法合成了納米聚苯胺，并制備了聚苯胺/活性炭電極，在H2SO4體系中對(duì)其進(jìn)行電化學(xué)性能測(cè)試。SEM發(fā)現(xiàn)合成的聚

4、苯胺團(tuán)聚較為嚴(yán)重，TEM發(fā)現(xiàn)聚苯胺為納米中空球形，粒徑在30～40 nm之間。恒流充放電測(cè)試表明電壓上限為1.0 V時(shí)完全可以進(jìn)行充放電，且電壓上限提高后電極的比容也大大提高。當(dāng)對(duì)聚苯胺進(jìn)行球磨處理后，聚苯胺/活性炭電極的的電化學(xué)性能得到了提高。與活性炭電極比較發(fā)現(xiàn)，聚苯胺的加入顯著提高了電極的電化學(xué)性能。在5 mA·cm-2的電流密度下，其比容為610.3 F·g-1，充放電1000次后，比容降為原來(lái)的71％。組裝的非對(duì)稱型超級(jí)電容器

5、在2 mA·cm-2的電流密度下電位窗口為[0，1.0 V]時(shí)，其能量密度及功率密度分別為25.0 Wh·kg-1及204.1 W·kg-1。由此可見(jiàn)，電極的性能得到了提高。
　　 (3)聚苯胺的乳液法及微乳液法制備及電化學(xué)性能測(cè)試分別以十二烷基硫酸鈉為乳化劑、鹽酸為摻雜劑用乳液法和以正丁醇為助乳化劑的微乳液法合成了納米聚苯胺，并在H2SO4體系中對(duì)制備的聚苯胺/活性炭電極進(jìn)行了電化學(xué)性能測(cè)試。TEM發(fā)現(xiàn)用微乳液法制備的聚苯胺粒

6、徑更小且分布更均勻。循環(huán)伏安、恒流充放電及交流阻抗測(cè)試表明用微乳液法制備的聚苯胺/活性炭電極的電化學(xué)性能更加優(yōu)異。在5 mA·cm-2的電流密度下，微乳液法制備的PANI/AC電極比容為584.4 F·g-1。首次用作圖法計(jì)算出聚苯胺的納米形貌對(duì)總電容的貢獻(xiàn)為50.7％，高于氧化還原的貢獻(xiàn)值26.0％，說(shuō)明聚苯胺的納米形貌能顯著提高電極的比容。充放電300次后，比容衰減為首次充放電比容的73％，隨后衰減變慢，1000次后比容與300次后