基于新型碳材料超級(jí)電容器的制備及儲(chǔ)能性質(zhì)的研究.pdf

1、超級(jí)電容器(supercapacitor)是一種介于蓄電池和傳統(tǒng)介電質(zhì)的一種新型儲(chǔ)能元件，它具有很高的放電功率、法拉級(jí)別的超大電容量、較高的能量、較寬的工作溫度范圍、極長(zhǎng)的使用壽命、免維護(hù)、經(jīng)濟(jì)環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。碳材料是超級(jí)電容器最常用的電極材料。當(dāng)中，碳納米管(CNTs)由于它獨(dú)特的表面介孔性質(zhì)、良好的導(dǎo)電性和化學(xué)穩(wěn)定性等特點(diǎn)，作為超級(jí)電容器的能源儲(chǔ)存材料。然而，純的CNTs具有低的雙電層電容性，無(wú)法廣泛作為超級(jí)電容器的商業(yè)性用途。因此，對(duì)

2、于CNTs的電容局限性和結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性，在CNTs進(jìn)行表面修飾是一種可行性方法。一些導(dǎo)電聚合物和金屬氧化物表現(xiàn)出了極大的電容性能，但是由于這些單獨(dú)的贗電容成分結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，不能作為先進(jìn)電容器的理想材料。在這些贗電容器中，聚苯胺(PANI）聚合物由于它的低成本、氧化還原可逆性、易合成和較高的電容性等特點(diǎn)，可應(yīng)用于超級(jí)電容器中，但是它電子導(dǎo)電率低和循環(huán)穩(wěn)定性差，不能廣泛的應(yīng)用在超級(jí)電容中。因此，可以用PANI結(jié)合CNTs作為新型的電容儲(chǔ)存材料應(yīng)

3、用在超級(jí)電容器中。石墨烯(rGOs)由于極高的理論面積(2630 m2·g-1)和優(yōu)越的理論電容(550 F.g-1)。被認(rèn)為是超級(jí)電容器的理想電極材料。近來(lái)，過(guò)渡金屬鐵氰化物(MHCF，金屬如Fe、Co、Ni等)，普魯士藍(lán)配位化合物，由于它的低成本、氧化還原可逆性、易合成和較高的電容性等特點(diǎn)，可應(yīng)用于超級(jí)電容器中。
　　本論文主要通過(guò)以CNTs和rGOs作為碳基底，通過(guò)原位聚合法和共沉積法制備法，負(fù)載不同聚合物和晶胞粒子，使其電

4、極材料具有優(yōu)越的儲(chǔ)容性能和循環(huán)穩(wěn)定性。主要工作包括以下方面:
　　(1)采用原位聚合法合成了聚苯胺(PANI）/聚四乙烯基吡啶(P4VP)/多壁碳納米管(GMWCNT)碳材料。大量的PANI聚合物均勻地負(fù)載在P4VP修飾的MWCNTs上，相比之下，表面沒(méi)被修飾過(guò)的GMWCNTs由于在水中分散不勻會(huì)發(fā)生聚合成束。PANI/P4VP-g-GMWCNT電極材料在放電密度為1 A·g-1，0.5 M H2SO4溶液中，最大比電容為1065

5、 F·g-1，在充放電1000圈后，仍有92.2％的電容保留，而在相同條件下，PANI/GMWCNT電極材料的最大比電容為1755 F·g-1，在充放電1000圈后，電容衰減了20.6％。因此，PANUP4VP-g-GMWCNT電極材料在電容、大電流充放電和循環(huán)穩(wěn)定上要強(qiáng)于PANI/GMWCNTs電極材料。
　　(2)NiHCF通過(guò)共沉積方法可以與聚4-乙烯基吡啶(P4VP)結(jié)合，并且能夠嫁接到多壁碳納米管(MWCNTs)上，形成

6、了獨(dú)特的同軸NiHCF/MWCNT電纜核殼結(jié)構(gòu)。根據(jù)NiHCF的不同納米負(fù)載量，測(cè)定它們的電化學(xué)行為和儲(chǔ)容性能。在放電密度為0.05 A·g-1下，NiHCF/P4VP-g-MWCNT電極材料的儲(chǔ)容電容可達(dá)1035F·g-1。而在放電密度為25.5 A·g-1下，該電容衰減了10％，在充放電10000圈后，放電密度為2 A·g-1，僅7.3％的電容損失。而且在功率密度為10 W·kg-1時(shí)，其能量密度高達(dá)56.2 Wh·kg-1。

7、>　　(3)通過(guò)共同沉淀方法制備了還原氧化石墨烯負(fù)載的鐵氰化鎳納米方塊，以聚二烯基丙二甲基氯化銨(PDDA)作為連接劑。PDDA/rGO通過(guò)靜電沉積可負(fù)載大量的NiHCF晶胞粒子，通過(guò)改變NiHCF的負(fù)載量（32.6％到68.2％），NiHCF納米粒徑大小從10nm到85 nm。在最適宜的條件下，NiHCF/PDDA/rGO電極材料的NiHCF負(fù)載量為51.4％時(shí)，其粒徑大小為38 nm。NiHCF/PDDA/rGO電極材料在在放電密度