表面活性劑對(duì)聚苯胺基復(fù)合材料超電容行為影響研究.pdf

1、超級(jí)電容器是介于電解電容器和電池之間的一種新型儲(chǔ)能器件，具有循環(huán)壽命長(zhǎng)、可大電流充放電等特點(diǎn)，應(yīng)用市場(chǎng)廣闊，是新能源領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。電極是超級(jí)電容器的核心部件。當(dāng)前，尋找一種高能量密度、性能穩(wěn)定的電極材料是超級(jí)電容器領(lǐng)域的主要研究方向。
　　聚苯胺(PANI)由于電化學(xué)性能優(yōu)異、化學(xué)穩(wěn)定性好、制備方法簡(jiǎn)單、原料價(jià)廉易得等特點(diǎn)，成為超級(jí)電容器電極材料中最受關(guān)注的導(dǎo)電聚合物。其獨(dú)特的摻雜機(jī)制及體相反應(yīng)機(jī)理使其具有良好的氧化還原可逆性及

2、贗電容性能，但由于PANI同時(shí)存在著電導(dǎo)率偏低及循環(huán)穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)，限制了其廣泛的應(yīng)用。將PANI與碳材料的復(fù)合，可有效的改善PANI基電極的電容行為。一方面，復(fù)合電極中碳材料的存在可使電極更易于導(dǎo)電，尤其是當(dāng)PANI處于中性狀態(tài)時(shí);另一方面，碳材料高的機(jī)械強(qiáng)度可有效削弱PANI在充放電過(guò)程中的體積變化程度，改善其循環(huán)性能。高比表面活性炭、碳納米管、石墨烯等碳材料的發(fā)現(xiàn)為高性能的PANI/碳復(fù)合電極材料的開(kāi)發(fā)提供了廣闊的原料來(lái)源。

3、>　　然而，碳材料難溶于溶劑且易于團(tuán)聚，簡(jiǎn)單的將碳材料與PANI復(fù)合不能充分發(fā)揮二者的協(xié)同作用?；诖?，本文提出用表面活性劑來(lái)改善碳材料的表面浸潤(rùn)性，緩解其易團(tuán)聚性。此外，表面活性劑還可作為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑來(lái)優(yōu)化復(fù)合材料的微觀形貌，進(jìn)而優(yōu)化PANI基復(fù)合材料的電容性能。本工作通過(guò)XPS、SEM、TEM、低溫氮?dú)馕郊半娀瘜W(xué)表征等手段，系統(tǒng)的研究了不同含量的表面活性劑對(duì)PANI基復(fù)合電極材料的微觀形貌、結(jié)構(gòu)及電容行為的影響規(guī)律及作用機(jī)理。主要研

4、究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下:
　　(1)通過(guò)非離子表面活性劑P123的輔助作用，在酸性溶液中采用原位聚合法一步合成石墨烯(GN)/PANI復(fù)合材料。研究表明:合成的復(fù)合材料為PANI纖維包裹PANI納米顆粒包裹GN的三明治結(jié)構(gòu)。P123的加入量對(duì)復(fù)合材料的晶型結(jié)構(gòu)沒(méi)有影響，但對(duì)其形貌、粒徑及電容行為均存在明顯的影響。當(dāng)nP123/nANI0.0108時(shí)(GP-P3)，復(fù)合材料中GN與PANI之間的復(fù)合效果最好，PANI纖維的分散性最好，復(fù)合

5、材料的孔容積、比表面積和孔徑均最大，電容性能最佳。在500 mN g-1的電流密度下（下同），GP-P3的比電容高達(dá)215.8 F g-1，比未加P123的樣品增大了82.0％。循環(huán)1000次后，其電容保留率高達(dá)91.8％。
　　(2)通過(guò)陰離子表面活性劑SDBS的輔助作用，采用簡(jiǎn)單的化學(xué)氧化聚合法一步合成PANI/碳?xì)?CC)柔性電極材料。SDBS可同時(shí)作為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑及摻雜劑影響復(fù)合材料的性能。研究表明:合成的PANI均為無(wú)定形

6、結(jié)構(gòu)的摻雜態(tài)PANI。適量的SDBS(nSDBS/nANI=0.011)有利于增大PANI的分子鏈間距及主鏈結(jié)構(gòu)的有序性，提高PANI分子鏈間共軛程度，改善復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)（良好的立體交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)）。對(duì)于電容性能:當(dāng)nSDBS/nANI=0.011時(shí)，復(fù)合材料(PANI/CC-1)的比電容最高，達(dá)537 F g-1;倍率特性最佳;循環(huán)穩(wěn)定性最好，1000次循環(huán)后的電容保持率高達(dá)83.4％;當(dāng)功率密度為0.25 kW kg-1時(shí)，其能量