聚苯胺-石墨烯復(fù)合材料制備及超電性能.pdf

1、能源是人類生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，而能量高效存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換是社會(huì)可持續(xù)發(fā)展亟待解決的核心問題之一。超級(jí)電容器作為一種新型的能量存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換裝置，擁有快速充放電，高功率密度以及循環(huán)性能優(yōu)越等一系列優(yōu)點(diǎn)。在便攜式電子產(chǎn)品，醫(yī)療設(shè)備以及混合動(dòng)力汽車等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。基于不同的儲(chǔ)能機(jī)制，超級(jí)電容器電極材料可分為兩類，一類是以石墨烯為代表的雙電層電極材料，具有倍率高和循環(huán)性能穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，但比電容值偏低;另一類是以聚苯胺為代表的贗電容電極材料

2、，其優(yōu)點(diǎn)為比電容值高，缺點(diǎn)是倍率性能差。為了充分發(fā)揮以上兩種材料的優(yōu)點(diǎn)并彌補(bǔ)其缺點(diǎn)，本論文將聚苯胺與石墨烯進(jìn)行復(fù)合并用作超級(jí)電容器電極材料，旨在通過復(fù)合后的協(xié)同效應(yīng)提高復(fù)合材料的電化學(xué)性能。具體研究內(nèi)容如下:
　　(1)將植酸作為交聯(lián)劑引入聚苯胺和石墨烯復(fù)合結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑過程中，得到聚苯胺/石墨烯復(fù)合材料。通過場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FESEM)和透射電鏡(TEM)表征，發(fā)現(xiàn)植酸的加入有利于形成聚苯胺/石墨烯三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。接著將得到的復(fù)合材料

3、用于超級(jí)電容器性能測(cè)試，由于三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的存在，為離子擴(kuò)散和電子轉(zhuǎn)移提供了較短的路徑，復(fù)合材料表現(xiàn)出較優(yōu)異的比電容。進(jìn)一步優(yōu)化材料制備過程中植酸加入量，苯胺用量，GO還原時(shí)間和聚合時(shí)間等參數(shù)，最優(yōu)條件下復(fù)合材料在掃速為2 mv/s時(shí)比電容為536 F/g。
　　(2)提出一種構(gòu)筑聚苯胺/石墨烯復(fù)合材料的原位聚合策略，從3D石墨烯水凝膠出發(fā)制備2D石墨烯電極片，在石墨烯電極片的限域空間內(nèi)通過化學(xué)氧化聚合法可控生長聚苯胺納米線，構(gòu)筑無

4、粘結(jié)劑的聚苯胺/石墨烯復(fù)合柔性電極材料(PANI/SGF)。使用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FESEM)，透射電鏡(TEM)，拉曼光譜(Raman)和X-射線光電子能譜(XPS)對(duì)材料進(jìn)行了表征。證實(shí)PANI納米線成功生長于石墨烯層間的限域空間內(nèi)。得到的柔性電極材料可直接用于超級(jí)電容器的組裝和測(cè)試，通過循環(huán)伏安，恒流充放電和交流阻抗技術(shù)研究PANI/SGF的超級(jí)電容器性能，證實(shí)聚苯胺和石墨烯之間的協(xié)同效應(yīng)使復(fù)合材料表現(xiàn)出高達(dá)465 F/g的比電容（