聚苯胺基電極材料的制備及其在超級(jí)電容器中的應(yīng)用研究.pdf

1、超級(jí)電容器是一種重要的儲(chǔ)能設(shè)備,它可以提供比電池更高的功率密度和比傳統(tǒng)靜電電容器更高的能量密度,已經(jīng)成為人們關(guān)注和研究的熱點(diǎn)。電極材料是影響電容器電化學(xué)性能的主要因素之一,目前有關(guān)超級(jí)電容器的研究主要集中在開發(fā)高性能的電極材料。電極材料主要有以下三種類型:碳基材料、金屬化合物和導(dǎo)電聚合物。聚苯胺(PANI)是一種典型的導(dǎo)電聚合物,它具有原料易得、合成簡(jiǎn)便、成本低廉等優(yōu)點(diǎn),并且具有良好的導(dǎo)電性、化學(xué)穩(wěn)定性和贗電容儲(chǔ)能特性,被認(rèn)為是一種具有

2、很大發(fā)展?jié)摿Φ某?jí)電容器電極材料。除此之外,以聚苯胺作為碳前驅(qū)體所制備的氮摻雜碳材料被認(rèn)為是在碳基材料中提供贗電容性能的理想途徑。本論文中,我們制備了導(dǎo)電聚苯胺基電極材料如聚苯胺納米管、用聚苯胺納米管作為正極材料組裝成不對(duì)稱超級(jí)電容器和直接碳化聚苯胺制備氮摻雜碳材料,并對(duì)所制備的材料的形貌、結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能等進(jìn)行了較詳細(xì)的研究。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:
　　1、采用無模板和無表面活性劑的一步原位聚合方法,以 D-酒石酸(D-TA)

3、為摻雜酸,過硫酸銨為引發(fā)劑,通過優(yōu)化摻雜酸與苯胺單體的摩爾比([D-TA]/[An]),成功制備出具有優(yōu)異電化學(xué)性能的酒石酸摻雜聚苯胺納米管(PANI-(D-TA))。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果顯示,[D-TA]/[An]為1:1時(shí)所制備的PANI-(D-TA)納米管電極材料的比電容在電流密度為1 A g-1時(shí)高達(dá)625 F g-1。經(jīng)過500次循環(huán)穩(wěn)定性能測(cè)試,其電容量保持率仍然具有77％。PANI-(D-TA)納米管電極材料具有的優(yōu)異電化學(xué)性能

4、主要?dú)w因于它們獨(dú)特的納米管狀結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)可以提供電極和電解液之間大的接觸面積,同時(shí)縮短了電解液中離子的擴(kuò)散路徑。這些新穎的PANI-(D-TA)納米管電極材料有望應(yīng)用在高性能超級(jí)電容器中。
　　2、新型的不對(duì)稱電容器(PANI//WO3)基于正負(fù)極均為贗電容性能電極材料,其中以聚苯胺(PANI)納米管作為正極,三氧化鎢(WO3)納米棒為負(fù)極組裝而成,在電解液為1 M H2SO4水系電解液對(duì)其電化學(xué)性能進(jìn)行研究。由于PANI和WO3

5、具有不同的工作電壓范圍和大的比電容量,所組裝的PANI//WO3不對(duì)稱電容器在1 M H2SO4水系電解液中工作電壓范圍高達(dá)2 V,比電容值在電流密度為0.5 A g-1下高達(dá)302 F g-1;當(dāng)功率密度為261 W kg-1時(shí)其能量密度達(dá)41.9 Wh kg-1。除此之外,該不對(duì)稱電容器具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性能,經(jīng)過2000次的充放電循環(huán),電容量仍然具有起始容量的83%。這些結(jié)果表明,開發(fā)廉價(jià)的導(dǎo)電聚合物正極和金屬氧化物負(fù)極材料應(yīng)用于

6、低成本、高能量和高功率密度的不對(duì)稱超級(jí)電容器可以成為下一代能源存儲(chǔ)系統(tǒng)在不同需求方面的又一選擇。
　　3、采用所制備的分散性較好的納米球狀聚苯胺(PANI)作為碳前驅(qū)體通過簡(jiǎn)單的直接碳化方法制備了氮摻雜碳納米球。納米球狀聚苯胺首先是通過一步原位聚合的方法,用羧甲基纖維素鈉作為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑制備得到;再通過不同溫度下高溫?zé)峤饩郾桨返玫搅说獡诫s碳納米球(C-PANI)。電化學(xué)測(cè)試結(jié)果顯示, C-PANI-800碳納米材料作為超級(jí)電容器的電