超級(jí)電容器用導(dǎo)電聚吡咯電極材料的研究.pdf

1、導(dǎo)電性聚合物聚吡咯(polypyrrole, PPy)具有極大的比表面積,作為超級(jí)電容器(supercapacitor, SC)儲(chǔ)能材料具有較好的應(yīng)用前景,然而由于PPy充放電過程中容易發(fā)生主鏈斷裂,導(dǎo)致電極材料的過早衰減和比容量下降。本文采用不同方法合成了PPy復(fù)合電極材料,試圖通過與其它材料的復(fù)合,減緩PPy分子鏈的降解。
　　首先,通過化學(xué)氧化法制備的PPy/TSA(對(duì)甲基苯磺酸),在0.5M Na2SO4(pH=7.6)的

2、電解液中進(jìn)行的電化學(xué)測(cè)試表明:PPy/TSA具有良好的快速充放電能力,但經(jīng)過1000次充放電循環(huán)后發(fā)現(xiàn)其比容量下降了25.5％。用CV測(cè)試了PPy/TSA電極循環(huán)前后的伏安曲線圖,發(fā)現(xiàn)循環(huán)后PPy/TSA的氧化峰逐漸消失,并且非法拉第電流減小。交流阻抗測(cè)試表明,PPy/TSA在反復(fù)充放電循環(huán)后,電荷傳遞電阻增加,高頻區(qū)的雙電容值降低,低頻區(qū)的雙電容值增加。對(duì)循環(huán)后的產(chǎn)物進(jìn)行比表面積測(cè)試,發(fā)現(xiàn)充放電過程中聚合物鏈的反復(fù)氧化/還原導(dǎo)致材料平

3、均孔徑減小、比表面積下降。FT-IR和Raman光譜也證實(shí)PPy納米粒子在充放電過程中會(huì)發(fā)生降解,生成一種含C=O的醌式結(jié)構(gòu)物質(zhì),這表明聚合物電極材料比容量的下降可能與PPy主鏈的不可逆氧化和充放電過程中聚合物主鏈反復(fù)地膨脹/收縮導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)碎片化有關(guān)。
　　用KMnO4代替FeCl3為氧化劑制備了復(fù)合材料MnO2/PPy/TSA,采用FTIR、SEM、BET、CV、EIS及恒電流充放電等方法研究了復(fù)合材料的電化學(xué)性能。結(jié)果表明其比

4、表面積為123.8m2/g,最可幾孔徑為3.5nm,而且MnO2/PPy/TSA體現(xiàn)最佳電容性的電位區(qū)間正移到-0.1～0.9V,當(dāng)以3mA/cm2充放電時(shí),MnO2/PPy/TSA的比容量為376F/g,經(jīng)過500次充放電循環(huán)后其容量衰減了7.3％,和PPy/TSA相比,充放電過程中的容量穩(wěn)定性提高了10.5％。
　　進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),PPy/TSA復(fù)合材料的微觀形貌對(duì)其比容量影響較大。以水熱法制備的纖維狀 MnO2為模板,酸性環(huán)

5、境下氧化聚合 Py,SEM和TEM結(jié)果顯示PPy/TSA為顆粒狀堆積起來的中空纖維結(jié)構(gòu),比表面積達(dá)到107.6m2/g,材料的孔徑分布范圍較廣,在10mA/cm2時(shí),比容量為305F/g,但容量衰減仍然較嚴(yán)重。用超聲混合法制備了AC(活性炭)/PPy/TSA,對(duì)比了不同質(zhì)量比的復(fù)合材料的電化學(xué)性能,得到當(dāng)m(AC):m(PPy/TSA)為6:4的時(shí)候,復(fù)合材料的電容性能最佳。最佳配比時(shí)其比表面積為1136.7m2/g,在10mA/cm2