聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-碳材料復(fù)合電極材料的制備及性能的研究.pdf

1、21世紀(jì)，解決日趨短缺的能源問題和日益嚴(yán)重的環(huán)境污染，對(duì)我國(guó)的科學(xué)技術(shù)界帶來了挑戰(zhàn)，各種高能電能存儲(chǔ)裝置在未來的人類社會(huì)發(fā)展中將發(fā)揮不可或缺的作用。近幾年，對(duì)超級(jí)電容器的能量?jī)?chǔ)存機(jī)理和先進(jìn)納米結(jié)構(gòu)材料的研究不斷取得新突破，使超級(jí)電容器的電化學(xué)性能得到了顯著的提高。其中，將一種或多種具有高贗電容的物質(zhì)與不同結(jié)構(gòu)碳材料制備成復(fù)合材料，得到具有較高電化學(xué)性能的新型電極材料。二氧化錳（MnO2）由于具有高比電容、資源廣、價(jià)格低廉、制備簡(jiǎn)單和環(huán)境

2、友好等特點(diǎn)，而聚(3,4-乙烯二氧噻吩)（PEDOT）不僅具有上述優(yōu)點(diǎn)，還具有高導(dǎo)電性，因此均受到廣泛研究。本文選擇具有一定機(jī)械強(qiáng)度、柔韌性和高導(dǎo)電的碳布（CC）及碳紙（CP）作為碳材料基體，在其表面通過氣相蒸發(fā)沉積聚合法(EVPP)分別制備了PEDOT/CC、PEDOT/CP、PEDOT/MnO2/CC和MnO2/PEDOT/CC可自支撐復(fù)合電極材料，并對(duì)復(fù)合電極材料的形貌與結(jié)構(gòu)及其電化學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試和研究。
　　首先將CC通

3、過濃硫酸表面蝕刻處理后作為基體材料，采用氣相蒸發(fā)聚合法制備PEDOT/CC復(fù)合材料。通過控制單體與氧化劑的摩爾比，聚合時(shí)間，聚合溫度等條件，制備了一系列不同厚度的PEDOT/CC復(fù)合材料，采用FESEM、FTIR、Raman、XRD、XPS等手段對(duì)其結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了表征，并通過循環(huán)伏安（CV）、恒流充放電(CD)、交流阻抗(EIS)等測(cè)試方法對(duì)其電化學(xué)性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，當(dāng)單體與氧化劑摩爾比為7.1，聚合時(shí)間為185 min，聚合

4、溫度為130℃時(shí)有利于納米針狀PEDOT的形成。所制備的PEDOT/CC-T185復(fù)合材料在1 mA/cm2下的比電容高達(dá)211 mF/cm2，由1 mA/cm2增大至10 mA/cm2其倍率性能保持68.3％，1 mA/cm2的電流密度下循環(huán)3000次后，比電容保持初始的85.7%。將其組裝為柔性超級(jí)電容器，最大瞬時(shí)功率密度為20.3 mW/cm2，最大能量密度為18.56μWh/cm2。
　　由于碳紙比碳布具有更高的電導(dǎo)率，按

5、照已探究得到的實(shí)驗(yàn)條件，通過控制EDOT單體的含量得到在CP表面生長(zhǎng)不同形貌PEDOT的納米結(jié)構(gòu)，制備了一系列PEDOT/CP復(fù)合材料，在1 mA/cm2時(shí)比電容達(dá)到138 mF/cm2，電流密度1 mA/cm2從10 mA/cm2，比電容保持在59.5%；電流密度2 mA/c m2時(shí)循環(huán)4000次后，比電容保持初始的72.6%。碳紙雖然具有更高的電導(dǎo)率，但形成的復(fù)合材料電容性不及PEDOT/碳布復(fù)合材料。
　　為達(dá)到更高的比電容

6、值，將PEDOT/MnO2/CC制成三元復(fù)合材料，研究了聚（3,4乙烯二氧噻吩）和二氧化錳兩者同時(shí)沉積在表面改性的碳布上的協(xié)同效果，構(gòu)造了PEDOT/MnO2/CC、MnO2/PEDOT/CC兩種不同三元復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，在1 mA/cm2下，兩者各自的比電容分別為391.3 mF/cm2和295.7 mF/cm2，倍率性能在電流密度由1 mA/cm2增大10倍時(shí)分別保持46.3%和70.8%。在電流密度為1 mA/c m2時(shí)恒電流充放電3