聚苯胺復(fù)合電極在活性電解質(zhì)中的超電性能研究.pdf

1、能源緊張和環(huán)境污染問(wèn)題迫使各國(guó)努力尋找可持續(xù)發(fā)展的新能源和先進(jìn)的能量?jī)?chǔ)存轉(zhuǎn)換技術(shù)。我國(guó)亦將新能源以及新材料等列為了國(guó)家的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，然而可以明確看出的是的是，新材料的進(jìn)步是促進(jìn)其余新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基石。作為兩種最常見(jiàn)到的能量?jī)?chǔ)存設(shè)備之一，傳統(tǒng)的電容器雖然具有特別高的功率密度，卻在能量密度方面表現(xiàn)很差。同時(shí)，電池在使用壽命上的限制使得其使用效率不高。因此超級(jí)電容器作為一個(gè)高性能的能量?jī)?chǔ)存裝置，由于其在信息技術(shù)、混合動(dòng)力電動(dòng)車上的廣泛應(yīng)用

2、，已經(jīng)引起了研究者們明顯的注意。
　　超級(jí)電容器，被視為一種非常重要的電化學(xué)裝置，可以起到能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換的作用，其在功率密度、以及循環(huán)壽命等諸多方面都具備著非常明顯的優(yōu)勢(shì)，也正因如此，超電在儲(chǔ)能領(lǐng)域被廣泛地被應(yīng)用，如便攜式的電子設(shè)備、快速充電的電動(dòng)汽車和智能電網(wǎng)等。然而與鋰離子電池相比，超電的一個(gè)致命缺陷是其相對(duì)較小的能量密度。所以如何增加超電體系的能量密度成為了研究的關(guān)鍵所在，已知增加比電容以及工作電壓范圍均可以提高體系的能量密

3、度。
　　在提升電化學(xué)性能方面，電極的材料以及電解液的成分在超電體系當(dāng)中的作用至關(guān)重要。聚苯胺材料，具有非常大的理論容量、優(yōu)異的環(huán)境穩(wěn)定性以及極高的功率密度，成為了儲(chǔ)能領(lǐng)域研究者們一直以來(lái)關(guān)注研究的交點(diǎn)。但是一些固有的缺點(diǎn)，譬如聚苯胺導(dǎo)電性能底、可加工性差等問(wèn)題制約了其在生產(chǎn)生活中的實(shí)際推廣。所以，將其他的材料同聚苯胺復(fù)合，從而提升材料的導(dǎo)電性能和可加工性能成為科研人員慣用的手段。碳納米管由于其具有超高的導(dǎo)電性能以及特殊的結(jié)構(gòu)，在

4、本文中被作為復(fù)合材料中的一種基材與聚苯胺進(jìn)行復(fù)合，得到了性能良好的可以被應(yīng)用于超級(jí)電容器電極材料的復(fù)合材料，與此同時(shí)還發(fā)現(xiàn)了另一種提升該復(fù)合材料電化學(xué)性能的方法（引入還原性電解質(zhì)）并進(jìn)行了深入探究。主要內(nèi)容如下:
　　(1)選用長(zhǎng)徑比位于10～15的多壁碳納米管，經(jīng)過(guò)酸化活性處理表面接支羧酸基團(tuán)后與苯胺進(jìn)行復(fù)合，使得苯胺可以均勻地包裹于碳納米管的外壁，而不是雜亂地生長(zhǎng)成塊體，被聚苯胺包裹的多壁碳納米管縱橫交錯(cuò)的搭疊在一起，可以得到

5、具有3D網(wǎng)狀骨架結(jié)構(gòu)的聚苯胺/多壁碳納米管復(fù)合材料，該種結(jié)構(gòu)使得電極材料具有非常好的導(dǎo)電性能，在方便電荷傳導(dǎo)的同時(shí)使電解液中的離子更容易地與聚苯胺材料相接觸，為體系電化學(xué)性能的提升起到了關(guān)鍵性的作用，在硫酸溶液中比電容值在1 A/g條件下能夠達(dá)到150 F/g。
　　(2)在多壁碳納米管/聚苯胺復(fù)合材料被合成出的基礎(chǔ)上。碘化鉀氧化還原電解質(zhì)被創(chuàng)新性地引入到電解液體系當(dāng)中，來(lái)增強(qiáng)超電體系的電化學(xué)性能。截止到我們進(jìn)入該項(xiàng)課題為止，沒(méi)有

6、其報(bào)道將硫酸/碘化鉀混合電解液與多壁碳納米管/聚苯胺復(fù)合電極材料在統(tǒng)一體系下使用。與此同時(shí)，實(shí)驗(yàn)還繼續(xù)探究了該復(fù)合材料在不同碘化鉀電解液濃度下(1，0.5，0.2，0.1，0.05 mol/L)的比電容值，找出了碘化鉀在該濃度范圍下最有效的作用濃度，比電容值在0.05 mol/L、0.1A/g的情況下能達(dá)到4960 F/g。
　　(3)在探究了多壁碳納米管/聚苯胺復(fù)合電極材料在引入碘化鉀氧化還原電解質(zhì)的電解質(zhì)體系中所具有的電化學(xué)性