聚苯胺的改性及其在超級電容器中的應用.pdf

1、伴隨人口的急劇增長和社會經(jīng)濟的快速發(fā)展,資源和能源日漸短缺,生態(tài)環(huán)境日益惡化,人類將更加依賴潔凈和可再生的新能源。超級電容器(super capacitor)也叫做電化學電容器(electrochemical capacitor),是一種介于傳統(tǒng)電容器和電池之間的新型儲能元件,它既具有傳統(tǒng)電容器放電功率高,又具有電池電荷儲存能力大的特點。與傳統(tǒng)電容器相比,超級電容器具有更大的容量以及更高的能量密度,其容量可達法拉(F)甚至數(shù)千法拉,而傳

2、統(tǒng)的電容器只有微法(μF)級;與電池相比,超級電容器具有更高的功率密度和更長的循環(huán)壽命,可實現(xiàn)快速充放電。電極材料是影響超級電容器性能與成本的關鍵因素之一。目前,超級電容器的電極材料主要有碳材料、金屬氧化物和導電聚合物三種。在眾多導電聚合物中,聚苯胺(polyaniline, PANI)由于具有原料易得、合成簡便、成本低廉,并且具有良好的化學穩(wěn)定性、導電性和高的贗電容儲能等特性,使其成為了超級電容器電極材料的研究熱點。本文采用化學氧化聚

3、合法,以二氧化錳(MnO2)作為氧化劑,在室溫條件下制備了電化學性能優(yōu)異的超級電容器用PANI材料、PANI-碳納米管(CNTs)和PANI-Co3O4復合材料。此外,還采用界面聚合法制備PANI材料,研究不同濃度的HCOOH做摻雜劑時對PANI材料形貌及電化學性能的影響。研究了所得材料電極在酸性介質(zhì)中的電化學電容特性。本文主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)以MnO2、過硫酸銨(APS)作為氧化劑,采用化學氧化聚合法在室溫下制備得到P

4、ANI,并采用掃描電子顯微鏡(SEM),傅立葉變換紅外光譜(FTIR)以及X-射線衍射(XRD)對其結構和形貌進行了表征。用循環(huán)伏安法、電化學阻抗和恒電流充放電技術測試了以其作為電極的超級電容器的電化學性能。結果表明,以MnO2為氧化劑制備的PANI(簡稱為M-PANI)在電流密度為5 mA/cm2下的單電極比容量達260 F/g,500次循環(huán)后容量仍穩(wěn)定在188 F/g,比電容保持率為72.3％。比以APS作為氧化劑制備的PANI(簡

5、稱為N-PANI)具有更高的比容量和更好的循環(huán)性能。
　　(2)以MnO2作為氧化劑,采用化學氧化聚合法在室溫下制備得到PANI-CNTs(簡稱為M-PC)納米復合材料,并采用SEM、FTIR、XRD對PANI-CNTs復合材料的結構與性能進行了表征。用循環(huán)伏安法、恒電流充放電技術測試了以其作為電極的超級電容器的電化學性能。恒電流充放電實驗結果表明,在不同電流密度恒流充放電時,M-PC納米復合材料比容量隨著電流密度的增大而降低;在

6、電流密度為5 mA/cm2下單電極比容量達355F/g,500次循環(huán)后容量為306 F/g,比電容保持率為86.2%。M-PC較以APS為氧化劑制備的PANI-CNTs(簡稱為N-PC)具有更高的比容量和更好的循環(huán)性能。
　　(3)以MnO2為氧化劑,采用化學氧化聚合法在室溫下制備得到PANI-Co3O4復合材料,SEM、FTIR以及XRD技術對其進行結構、形貌表征。用循環(huán)伏安法和恒電流充放電技術測試了以其作為電極的超級電容器的電

7、化學性能。結果表明,制備的PANI-Co3O4復合材料在電流密度為5 mA/cm2下的單電極比容量達287 F/g,500次循環(huán)后容量仍有271F/g,比電容保持率為94.4%。比M-PANI和Co3O4具有更好的循環(huán)性能和更高的比容量。
　　(4)采用界面聚合法,以FeCl3作氧化劑,不同濃度的HCOOH做摻雜劑,在室溫下制備了不同形貌PANI納米材料,采用SEM、XRD對PANI的結構和形貌進行了表征。以PANI為活性物質(zhì)制備