納米碳纖維表面聚苯胺包覆層結(jié)構(gòu)與超級(jí)電容性質(zhì)研究.pdf

1、超級(jí)電容器作為新型的儲(chǔ)能裝置能在幾秒鐘內(nèi)存儲(chǔ)和釋放出能量，具有功率密度大的優(yōu)點(diǎn)，另外，超級(jí)電容器比普通電池的使用壽命長(zhǎng)并且安全性更好，廣泛應(yīng)用于便攜式電子、電腦備份系統(tǒng)及汽車輔助電力系統(tǒng)等領(lǐng)域中。在超級(jí)電容器的裝置中，電極材料決定著整個(gè)電容器的性能，故越來(lái)越多的課題組著力于對(duì)電極材料的研究。通過(guò)靜電紡絲產(chǎn)生的納米碳纖維具有理想的一維結(jié)構(gòu)，當(dāng)與聚苯胺復(fù)合并用作電極材料時(shí)，兩者通過(guò)協(xié)同作用充分利用了雙電層電容和贗電容，能夠提高超級(jí)電容器的綜

2、合性能。本文采用快速混合原位聚合法和界面聚合法在納米碳纖維表面包覆生長(zhǎng)聚苯胺，重點(diǎn)研究在碳纖維上聚苯胺的微觀結(jié)構(gòu)及其對(duì)超級(jí)電容性質(zhì)的影響。
　　在快速混合原位聚合法中，分別選用Fe2(SO4)3和APS/FeSO4作為氧化劑，研究反應(yīng)參數(shù)對(duì)產(chǎn)物結(jié)構(gòu)與性能的影響。當(dāng)Fe2(SO4)3作為氧化劑時(shí)，改變反應(yīng)時(shí)間、氧化劑濃度、苯胺（An）濃度，聚苯胺包覆層的結(jié)構(gòu)就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化，其對(duì)超級(jí)電容性質(zhì)也會(huì)產(chǎn)生明顯的影響。結(jié)果表明當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為

3、7天， Fe2(SO4)3與An的摩爾比為8:1，An濃度為0.05 M時(shí)，纖維表面包覆生長(zhǎng)了粒狀聚苯胺，并且分布均勻，增大了復(fù)合電極材料與電解質(zhì)的接觸面積，使得在充放電過(guò)程中，電極材料與電解液有充分的接觸，比電容能達(dá)到188.8 F g-1。當(dāng)選用復(fù)合氧化劑 APS/FeSO4時(shí)，由于 APS與FeSO4反應(yīng)生成的4SO-4·的氧化還原電位較高，大大的縮短了反應(yīng)時(shí)間，同時(shí)，系統(tǒng)地研究反應(yīng)時(shí)間和苯胺濃度對(duì)材料的微觀結(jié)構(gòu)及其超級(jí)電容性能的

4、影響。得出當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為6 h，An濃度為0.03 M時(shí)，聚苯胺呈定向細(xì)微錐狀，且間隙均勻地分布于納米碳纖維表面，能獲得150.8F g-1的比電容。
　　利用界面聚合法，能夠有效地控制聚苯胺在液相中的生長(zhǎng)速度，即使在較高苯胺濃度下，仍能獲得較好形貌。在本實(shí)驗(yàn)中，反應(yīng)時(shí)間和苯胺濃度對(duì)聚苯胺包覆層結(jié)構(gòu)及超級(jí)電容性質(zhì)存在顯著的影響。結(jié)果表明，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為3 h， An濃度為0.1 M時(shí)，聚苯胺包覆層呈錐狀結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度可以達(dá)到50 nm，直