棉織物基聚吡咯-碳納米管復合電極材料的制備及其電化學性能研究.pdf

1、電化學電容器是一種介于傳統(tǒng)電容器和電池之間的新型儲能器件，電極材料是決定超級電容器性能的關鍵因素。纖維材料具有其它片材難以比擬的比表面大的特點，將織物作為能量存儲單元的載體，通過導電納米結構物質(zhì)在其表面的組裝可形成輕型電池電極和電化學電容器，織物基功能材料因具有輕薄、柔軟、可折疊，便于與服裝進行集成的優(yōu)點而當今材料領域中的研究熱點。
　　目前電化學電容器研究主要集中于高性能多孔電極材料的研制及其結構與性能調(diào)變，以具有多孔結構的材料

2、為載體制備復合電極活性物質(zhì)是提高電極比容量的重要捷徑之一，其中高表面積的碳材料（如活性炭、碳納米管和石墨烯）與導電聚合物（如聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩及其衍生物等）的復合研究為研究熱點之一。兩種不同性質(zhì)的電極活性物質(zhì)復合時二者之間的結合及其在柔性襯底上的粘附問題是主要的技術難點，現(xiàn)階段多采用多次溶液浸漬的方法，該方法界面粘附力較弱易造成表面功能層脫落，另外常見的方法則是將電極活性物質(zhì)加入粘合劑中再涂敷在織物表面，粘合劑的加入可能造成電極材料

3、整體電阻的增加，同時不利于多孔結構的形成。
　　本論文利用纖維材料輕薄、柔軟、可折疊和比表面大的特點，分別通過模板聚合法，界面聚合法和脈沖電沉積的原位技術，在大面積棉織物（Ctn）基底上制備了具有具有不同結構碳納米管（CNT）/聚吡咯（PPY）納米結構沉積層，形成了多種具有儲能性能柔性電極材料，利用傅利葉紅外光譜（FT-IR）、場發(fā)射掃描電鏡（FE-SEM）、X射線衍射儀（XRD）技術對其進行結構與形貌表征，采用循環(huán)伏安特性曲線、

4、恒電流充放電曲線、交流阻抗譜圖對其電化學性能進行研究。結果表明：
　　以十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）和十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）作為軟模板制備 m-Ctn/PPY，在此基礎上通過兩步和一步模板聚合法制備的m-Ctn/CNT/PPY，方阻分別為59.8±12.9Ω/sq和144.6±21.7Ω/sq，比電容為377.0±34.3F/g和238.7±31.0F/g，m-Ctn/PPY其中，兩步法形成褶皺狀的聚吡咯膜覆蓋于織物表面

5、，膜層粗糙有突起；一步法PPY沿著CNT生長為PPY納米線。m-Ctn/PPY一次完全充放電時間在300s以內(nèi)，而m-Ctn/CNT/PPY可達500s，循環(huán)1000次后m-Ctn/PPY電容下降33.0％，而j-Ctn/CNT/PPY電容下降8.1％。改進的界面聚合法制備的j-Ctn/PPY和 j-Ctn/CNT/PPY，方阻分別為198.2±35.6Ω/sq和107.4±18.3Ω/sq、比電容分別為180.9±70.4F/g和28

6、5.45±51.4F/g，其中， j-Ctn/PPY呈現(xiàn)“珊瑚狀”結構，而根據(jù)CNT加入油相和水相，j-Ctn/CNT/PPY所得結構分別為珊瑚狀的納米線和具有花型的PPY納米線，這種三維立體網(wǎng)狀結構在充放電循環(huán)中有良好的可逆性，j-Ctn/PPY一次完全充放電時間在200s以內(nèi)，循環(huán)200次后電容下降36.8％，而j-Ctn/CNT/PPY可達800s以上，循環(huán)200次后電容下降6.9％。
　　脈沖電沉積方法制備的d-Ctn/C