有序介孔碳-聚苯胺復(fù)合材料的制備及其在超級電容器中的應(yīng)用.pdf

1、論文綜述了超級電容器的國內(nèi)外現(xiàn)狀及超級電容器電極材料的最新研究進(jìn)展，并且制備了超級電容器電極材料。由于有序介孔碳材料具有規(guī)則的排列、比較大的比表面積等優(yōu)點(diǎn)，本文將有序介孔碳(CMK-3)與聚苯胺復(fù)合而制備得到CMK-3/PANI復(fù)合電極材料，并且以介孔碳為超級電容器的電極材料組裝了混合電容器。研究其作為超級電容器電極材料的電化學(xué)性質(zhì)，具體開展的研究內(nèi)容如下：
　　 1.以SBA-15為模板制備了有序介孔碳材料，并且采用硝酸溶液對

2、CMK-3的表面進(jìn)行改性和修飾。系統(tǒng)研究了未改性CMK-3(p-CMK-3)及改性CMK-3(m-CMK-3)的結(jié)構(gòu)、形貌特征、孔徑大小及孔徑分布。并對介孔碳的電化學(xué)性能進(jìn)行了測試分析，結(jié)果表明，制備的CMK-3具有二維六方有序結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)完整均一且具有較高的有序度，孔徑分布主要分布在2～8nm左右，比表面積和孔容大小分別為1206m2/g和1.38cm3/g。CMK-3具有最好的雙電層電容性能，可達(dá)145F/g。CMK-3在HNO3溶液

3、中進(jìn)行表面修飾，其電容性能有了明顯地提高，達(dá)到200 F/g。
　　 2.將改性后的CMK-3(m-CMK-3)作為載體，通過化學(xué)氧化的方法加入PANI中，制得了m-CMK-3/PANI復(fù)合材料。并用SEM、循環(huán)伏安法、恒流充放電法和交流阻抗法研究了復(fù)合電極材料的結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性質(zhì)。研究結(jié)果表明，PANI顆粒在載體m-CMK-3的碳纖維束上包覆，該復(fù)合物結(jié)構(gòu)疏松，呈三維多孔結(jié)構(gòu)，使得孔隙率增加，滲透性改善，有利于促使電解液中的活性

4、離子擴(kuò)散到電極表面和體相當(dāng)中，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生大的法拉第贗電容。m-CMK-3的含量為30 wt％時，m-CMK-3/PANI復(fù)合材料比容量高達(dá)489 F/g。m-CMK-3的獨(dú)特的孔結(jié)構(gòu)、大比表面積和表面活性在m-CMK-3/PANI復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)上起了重要作用，使活性物質(zhì)PANI更分散，提高了PANI的利用率和循環(huán)穩(wěn)定性。
　　 3.為了進(jìn)一步提高m-CMK-3/PANI復(fù)合材料在超級電容器應(yīng)用中的功率特性和能量密度，

5、改善m-CMK-3/PANI復(fù)合材料循環(huán)穩(wěn)定性。將該復(fù)合材料為正極材料，配以介孔碳CMK-3為負(fù)極和1mol/L H2SO4和1mol/L NaNO3電解液，組裝成為電化學(xué)混合電容器，混合電容器的工作電壓都提高至1.4V，1mol/L H2SO4中電容量為87.4F/g。經(jīng)過電化學(xué)測試，在5mA/cm2電流密度和1.4V充放電電位條件下，電容器功率密度為206W/kg，能量密度達(dá)23.8Wh/kg。在1mol/L NaNO3中，混合電容