三維石墨烯-聚苯胺超級電容器電化學(xué)性能的研究.pdf

1、伴隨著氣候變化和化石燃料的不斷減少，能量儲存裝置的發(fā)展已經(jīng)變得比以往都更加重要。超級電容器作為新型儲能裝置，因具有使用壽命長、功率密度高和綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)而備受研究者關(guān)注。三維石墨烯具有高導(dǎo)電性、高比表面積和豐富的孔洞結(jié)構(gòu)，用作超級電容器電極材料可以實(shí)現(xiàn)良好的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性，但比電容和能量密度較低。聚苯胺因其具有快速摻雜/脫摻雜、合成簡單和成本低等特點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。本文制作三維石墨烯/聚苯胺復(fù)合材料超級電容器，從電極材料、電解質(zhì)種

2、類和器件結(jié)構(gòu)三方面入手研究，來提高電容器的比電容和電壓窗口，增加能量密度的同時(shí)保留其良好的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。主要研究內(nèi)容如下:
　　1.使用原位聚合法在三維石墨烯(GH)表面生長鹽酸摻雜聚苯胺(PANI-HCl)，得到三維石墨烯/鹽酸摻雜聚苯胺復(fù)合物(GP-HCl)，通過調(diào)節(jié)苯胺和過硫酸銨的濃度控制復(fù)合物中PANI-HCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，探討PANI-HCl含量對GP-HCl的電化學(xué)性能的影響。當(dāng)PANI-HCl含量為10％時(shí)，G

3、P-HCl的電化學(xué)性能最優(yōu)。
　　2.使用GH作為基底，采用HCl、H2SO4和HClO4作為摻雜酸分別制備GP-HCl、GP-H2SO4和GP-HClO4。從表面結(jié)構(gòu)、孔徑分布、結(jié)晶度等方面，探討三種摻雜酸對PANI電化學(xué)性能的影響。其中，GP-H2SO4的比電容和最大能量密度都是最大的。
　　3.采用Na2SO4電解液組成對稱超級電容器(GH//GH)，電壓窗口可擴(kuò)大至1.6V。與H2SO4電解液相比，Na2SO4電解液

4、組成的GH//GH超級電容器電壓窗口為1.6V時(shí)，比電容雖然略有降低，但最大能量密度得到提升。
　　4.采用CuCl2和FeCl3活性電解質(zhì)與電極GH和GP-HCl組成四種超級電容器（GH@CuCl2、 GP-HCl@CuCl2、 GH@FeCl3和GP-HCl@FeCl3），研究活性電解質(zhì)對超級電容器電化學(xué)性能的影響。與純H2SO4電解液相比，活性電解質(zhì)的比電容都有所提高。CuCl2電解質(zhì)的超級電容器電壓窗口為0.7 V，比Fe