功能化碳纖維-聚苯胺復(fù)合材料的制備與性能.pdf

1、超級電容器是一種新型高性能能量存儲設(shè)備，具有超高的功率密度，快速的充放電速率，更長的循環(huán)壽命和更低的維護(hù)成本。本論文利用碳纖維良好的電傳導(dǎo)性能、典型的雙電層電容性，以及聚苯胺（PANI）導(dǎo)電聚合物大的贗電容性質(zhì)，在碳纖維及功能化碳纖維的基礎(chǔ)上，通過脈沖電流電化學(xué)原位聚合的方法，制備了三種特定形貌的聚苯胺/碳纖維復(fù)合材料，并對其電化學(xué)性能進(jìn)行了詳細(xì)而深入的研究，獲得了一些有意義的結(jié)果。論文主要內(nèi)容如下：
　　1.詳細(xì)綜述了超級電容器

2、的基本概念、工作機制、電極材料；PANI超級電容器電極材料的研究進(jìn)展；碳纖維功能化的研究及碳纖維-聚苯胺電極材料的研究現(xiàn)狀與存在問題。提出了本論文的研究課題和主要研究內(nèi)容。
　　2.采用脈沖電流法進(jìn)行電化學(xué)原位聚合，實現(xiàn)了納米纖維結(jié)構(gòu)聚苯胺（PANI）/碳纖維（CF）復(fù)合材料的可控制備。采用 SEM和電化學(xué)工作站檢測手段，對復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行了表征，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：通過電流密度、占空比、電解質(zhì)、聚合時間的調(diào)控，可有效獲得具有納米纖

3、維結(jié)構(gòu)的PANI/CF電極復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電流密度為6A/g，占空比為50％，電解質(zhì)為0.3M ANI+1.0M H2SO4，聚合時間為7min時，該復(fù)合材料表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能，在充放電電流為1A/g時，復(fù)合材料比電容可達(dá)到322.95F/g。同時與恒電流最優(yōu)條件下得到的復(fù)合材料比較，脈沖電流下得到的PANI結(jié)構(gòu)以及復(fù)合材料電化學(xué)性能都有明顯的優(yōu)勢。此外，采用FT-IR、Raman、XRD對復(fù)合材料的化學(xué)組成、形貌結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。通

4、過電化學(xué)工作站測試還發(fā)現(xiàn)該材料呈現(xiàn)良好的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。
　　3.對碳纖維表面進(jìn)行化學(xué)修飾，制備三種功能化碳纖維基材料：（1）通過碳纖維的電化學(xué)氧化制得氧化碳纖維（OCF）；通過對苯二胺與還原碳纖維的重氮化反應(yīng)制得氨基功能化碳纖維（AFCF）；通過氧化碳纖維上羥基與三嗪上活性氯原子的一縮反應(yīng)，以及三嗪與對苯二胺的二、三縮反應(yīng)制得氨基三嗪分子功能化碳纖維（ATFCF）。研究發(fā)現(xiàn)：相對于碳纖維本身，這些功能化碳纖維（OCF、AF

5、CF、ATFCF）的電化學(xué)性能都有一定的提升。
　　然后，采用脈沖電流法進(jìn)行電化學(xué)原位聚合，利用第2部分聚合反應(yīng)的最佳條件，在這三種功能化碳纖維表面制備有序納米結(jié)構(gòu)的聚苯胺，得到了三種聚苯胺/碳纖維復(fù)合材料：PANI/OCF、PANI/AFCF、PANI/ATFCF。采用FT-IR、XRD、SEM和電化學(xué)工作站對復(fù)合材料的化學(xué)組成、形貌結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能進(jìn)行了表征和測試。研究發(fā)現(xiàn)：這三種復(fù)合材料均具有納米結(jié)構(gòu)，高比電容（分別為343