導電高分子修飾活性炭電極的制備與表征.pdf

1、超級電容器是一種介于電池與靜電電容器之間的新型儲能元件，其功率密度比電池高數(shù)十倍，能量密度比靜電電容器高數(shù)十倍，具有充放電速度快、對環(huán)境無污染、循環(huán)壽命長等優(yōu)點，有望成為21世紀的新型綠色能源。超級電容器的研究主要集中在對高性能電極材料的制備上。根據(jù)儲能機理不同，超級電容器可以分為基于高比表面積碳材料與溶液間界面雙電層原理的雙電層電容器和基于電極材料表面的電沉積或氧化還原過程法拉第準(贗)電容的超級電容器兩類?；钚蕴坎牧暇哂休^高的比表面

2、積可以產(chǎn)生較大的雙電層電容，同時導電高分子快速可逆的氧化還原反應致使其在整個體積內(nèi)存在高密度電荷而產(chǎn)生很大準電容，因而將兩種電極材料復合可以提高電極的比電容。 本文以活性炭為電極原材料，并通過優(yōu)化工藝制備比電容較高的炭電極。利用原位吸附化學聚合法和原位電化學聚合法制備導電高分子/活性炭復合電極，通過循環(huán)伏安、交流阻抗、恒流充放電技術(shù)等進行測試并比較其電化學性能。主要實驗內(nèi)容和結(jié)果如下： 1．活性炭電極制備及工藝優(yōu)化本論文

3、較為系統(tǒng)地研究了影響活性炭(AC)電極性能的因素，發(fā)現(xiàn)活性炭、導電劑、粘結(jié)劑三者的性能和含量、電極成型方式等因素對電極的電導率和比電容都有一定的影響。實驗表明活性炭粒度越小比表面積越大，與導電劑混合情況越好，電極電導率越高；炭黑作導電劑時電極性能最好且炭黑含量超過30％后對電極的電導率變化影響較小，但是由于炭黑本身的電容量很小，隨著其含量的增大炭電極電容量下降；粘結(jié)劑聚四氟乙烯絕緣且疏水，含量增大時比電容明顯下降。球磨混合可以改善活性炭

4、與炭黑的混合，從而提高電極的電導率，但是當球磨時間超過2h后電導率基本保持不變。因此最終確定比表面積為2600m<‘2>/g活性炭粉末作為電極主體材料，與炭黑、聚四氟乙烯的配比為8∶1∶1，球磨2h處理，以0.5mol/L硫酸作電解液，炭電極比電容高達306F/g，等效串聯(lián)電阻為在16Ω左右，這個比電容高于文獻中所報道的數(shù)值。由于實驗所采用的活性炭粉末粒度較小，且具有較高比表面積，浸泡和熱處理等預處理手段對其性能提高不明顯，因此實驗中不

5、對活性炭進行預處理。 2．化學法制備聚苯胺/活性炭復合電極利用原位吸附化學聚合法制備聚苯胺(PAn)與活性炭的混合顆粒，兩者質(zhì)量比約為7∶1，聚苯胺的產(chǎn)率大約為61﹪。以0.5mol/L，的硫酸為電解液，PAn/AC復合電極比電容達到390F/g，比純AC電極的提高了28﹪，比電容的提高是由于聚苯胺的氧化還原反應產(chǎn)生的法拉第準電容，但是電極中的聚苯胺利用率較低(僅能達到49﹪)，而且復合電極的等效串聯(lián)電阻(ESR)比AC電極高，

6、大約為80Ω，說明化學法制備的聚苯胺導電性較差。 3．電化學法制備PAn/AC復合電極通過循環(huán)伏安法和恒電位法在活性炭電極表面電化學聚合一層導電聚苯胺，并通過改變聚合條件得到不同復合電極，對其性能進行表征并比較。實驗結(jié)果表明：PAn/AC復合電極表現(xiàn)出明顯的法拉第準電容特性，且比電容都比AC電極高。苯胺在炭電極上的氧化電位比玻碳、鉑等惰性電極要高，大約在1.2V。循環(huán)伏安法制備的復合電極的電容性能比恒電位法好。循環(huán)伏安聚合時掃描