超級(jí)電容器用導(dǎo)電聚苯胺復(fù)合電極材料的研究.pdf

1、導(dǎo)電聚合物用作超級(jí)電容器電極材料,由于具有使用壽命長(zhǎng),可快速充放電以及較高的法拉第準(zhǔn)電容等優(yōu)點(diǎn),使其成為制備超級(jí)電容器電極應(yīng)用較為廣泛的材料。在眾多導(dǎo)電聚合物中,聚苯胺具有電化學(xué)性能優(yōu)良、電導(dǎo)率較高、易于制備,電化學(xué)氧化還原可逆性好、價(jià)格低廉以及環(huán)境穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn),已成為首選的超級(jí)電容器電極材料,深受眾多研究者的關(guān)注。
　　為了合成電化學(xué)性能優(yōu)良的聚苯胺基超級(jí)電容器電極材料,本論文以對(duì)甲基苯磺酸(TSA)為摻雜劑和乳化劑,過(guò)硫酸銨

2、(APS)為引發(fā)劑,采用現(xiàn)場(chǎng)乳液聚合方法制備了對(duì)甲基苯磺酸摻雜聚苯胺(PANI/TSA)以及對(duì)甲基苯磺酸摻雜聚(苯胺/中性紅)復(fù)合材料(TSA-PANI/PNR)。并通過(guò)掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)、熱穩(wěn)定性分析(TG-DTG)、溶解性分析、電導(dǎo)率分析等一系列測(cè)試對(duì)PANI/TSA和復(fù)合材料TSA-PANI/PNR進(jìn)行了分析和表征。將PANI/TSA和TSA-PANI/PNR活性物質(zhì)制備成電極,以l mol/L H2S

3、O4水溶液為電解液將其組裝成超級(jí)電容器,并通過(guò)恒電流充放電、循環(huán)伏安、交流阻抗等測(cè)試技術(shù)對(duì)其電化學(xué)性能進(jìn)行研究。研究結(jié)果表明, TSA-PANI/PNR電極表現(xiàn)出比PANI/TSA更優(yōu)良的電化學(xué)性能,掃速為1 mV/s的循環(huán)伏安曲線的計(jì)算結(jié)果表明其單電極比電容可達(dá)1350 F/g,而PANI/TSA在相同的掃速下其單電極比電容僅為1038 F/g;在5 mA放電電流下,TSA-PANI/PNR組裝的電容器首次充放電比電容可達(dá)348 F/

4、g,1000次循環(huán)后其容量還可保持87％。
　　由于聚苯胺電極在長(zhǎng)期的充放電循環(huán)過(guò)程中體積會(huì)發(fā)生膨脹和收縮,致使結(jié)構(gòu)易坍塌,循環(huán)性能不好,故本文還通過(guò)原位聚合的方法制備了PANI/PNR和PANI/PNR/TiO2復(fù)合材料。利用掃描電子顯微鏡和X射線衍射對(duì)其形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了評(píng)判。PANI/PNR/TiO2復(fù)合材料掃描電鏡測(cè)試結(jié)果表明TiO2納米粒子鑲嵌到PANI/PNR鏈的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中,形成了微孔結(jié)構(gòu)。并利用循環(huán)伏安、恒流充放電、循

5、環(huán)壽命、交流阻抗等測(cè)試手段對(duì)其電化學(xué)性能進(jìn)行表征。結(jié)果表明,PANI/PNR/TiO2復(fù)合材料在l mol/L H2SO4溶液中表現(xiàn)出較高的比容量和優(yōu)良的循環(huán)性能。PANI/PNR/TiO2電容器在5 mA放電電流下PANI/PNR/TiO2復(fù)合材料比容量高達(dá)335 F/g,而PANI/PNR的質(zhì)量比電容是260 F/g,PANI/PNR/TiO2復(fù)合材料的比容量比PANI/PNR高出約22%。另外,PANI/PNR/TiO2復(fù)合材料的