聚苯胺基電極材料的制備及其超級電容特性研究.pdf

1、超級電容器，又稱電化學(xué)電容器或者贗電容器，是一種性能介于傳統(tǒng)電容器和化學(xué)電池之間的新型儲能元件，因其具有低內(nèi)阻、快速充放電、高功率密度、高能量密度和長循環(huán)壽命等特點而引起了研究學(xué)者的廣泛關(guān)注。眾所周知，電極材料是影響超級電容器性能的關(guān)鍵因素，其正成為目前超級電容器研究的熱點。超級電容器用電極材料主要包括炭材料、金屬氧化物材料和導(dǎo)電聚合物等。在眾多導(dǎo)電聚合物中，聚苯胺(PANI)以其易于制備、價格低廉、高比容量、化學(xué)穩(wěn)定性好以及它獨特的質(zhì)

2、子酸摻雜機制等優(yōu)點，成為首選的超級電容器聚合物電極材料。
　　然而超級電容器用PANI電極材料的導(dǎo)電性和循環(huán)壽命都不很理想，這是制約PANI材料發(fā)展的重要因素。因此本文以制備具有高導(dǎo)電率和良好的循環(huán)壽命的PANI基材料為主要實驗?zāi)繕?biāo)，通過控制反應(yīng)溫度條件，用化學(xué)氧化聚合法制備了不同形貌PANI材料；利用靜電紡絲技術(shù)制備了PANI基含氮炭材料。并且探討了不同反應(yīng)條件對PANI材料及PANI基含氮炭材料的物理結(jié)構(gòu)及其作為超級電容器電極

3、材料的電化學(xué)性能影響。主要研究內(nèi)容如下：
　　(1)以水楊酸(SA)為摻雜劑，過硫酸銨(APS)為引發(fā)劑，通過控制反應(yīng)溫度用化學(xué)氧化聚合方法制備了不同形貌的PANI材料，通過掃描電子顯微鏡(SEM)、X-射線衍射(XRD)等測試手段考察了PANI的形貌結(jié)構(gòu)。研究結(jié)果表明聚合反應(yīng)過程中溫度的改變會對PANI形貌產(chǎn)生較大的影響。電化學(xué)性能最好的為管狀PANI，其在1.0molL-1 H2SO4電解液中，5mA放電電流下，首次充放電比電

4、容達300Fg-1，500次循環(huán)后其容量保持率為75％。其結(jié)果表明反應(yīng)溫度對材料的循環(huán)壽命有較大的影響。
　　(2)將上述合成的PANI材料，與聚丙烯纖維(PAN)共混，通過靜電紡絲技術(shù)制備成PANI/PAN納米纖維，然后碳化、活化成為PANI基含氮活性炭材料。通過SEM、XRD和氮氣吸脫附等測試手段考察了合成材料的形貌結(jié)構(gòu)，并對材料進行了電化學(xué)測試。結(jié)果表明當(dāng)ZnCl2與炭材料的質(zhì)量為4:1時，在1.0molL-1 H2SO4電

5、解液中，1Ag-1電流密度下，PANI電容器首次充放電比電容達220Fg-1，2000次循環(huán)后其容量保持率為98.2%，顯示出所制備材料的良好電化學(xué)性能。
　　(3)以苯胺(An)、二氧化錳(MnO2)為原料，APS為氧化劑，采用化學(xué)氧化聚合法合成了MnO2/PANI復(fù)合材料。通過恒流充放電、循環(huán)伏安、交流阻抗等測試技術(shù)研究其電化學(xué)電容行為。結(jié)果表明，MnO2/PANI電極表現(xiàn)出比PANI更優(yōu)良的電化學(xué)電容行為，在5mA放電電流下