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碳/聚苯胺复合电极材料的制备及其电化学性能研究

张智  
【摘要】:超级电容器作为新型的储能装置,因其优良的功率密度,库伦效率及循环寿命等优点已经成为能源领域的一个研究热点。本文通过导电聚苯胺和碳材料的复合,很好地发挥这两大类材料的协同效应,制备出具有高比容量值,高的倍率性能和良好循环稳定性的复合材料。论文首先采用原位滴加法制备了一系列棒状聚苯胺(PANI)电极材料。以不同掺杂酸作为介质,过硫酸铵为引发剂,以苯胺为单体合成。研究发现,以盐酸作为掺杂酸,0-5℃下反应12小时所得到的聚苯胺为细长的棒状结构。作为超级电容器电极材料,该材料展示出高的比容量值等优异电化学性能。在1 M H2SO4电解液中,0.5 Ag~(-1)电流密度下该材料的比电容可达390 F g-1,当电流密度增至5 Ag~(-1)时,比电容保持在69%左右。但是,该材料表现出较差的循环稳定性(5 Ag~(-1)充放电1000次后,容量的保持率为39%)。论文首次采用了原位蒸汽沉积聚合法,在减压蒸馏的条件下将苯胺变成蒸汽并转移至多孔碳(HPC)表面发生聚合反应而制备聚苯胺/多孔碳复合材料(PANI@HPC)。在1 MH_2SO_4电解液中,0.5 Ag~(-1)的电流密度下该复合材料比电容可达531 F g-1,电流密度由0.5 Ag~(-1)增至10 Ag~(-1)时,容量保持率为76%。相比于目前文献报道的聚苯胺/碳复合材料,该复合材料具有较好循环稳定性,在10 Ag~(-1)的电流密度下长循环10000次后,容量的保持率高达96.1%。同时,将PANI@HPC分别作为正极材料和负极材料,组成的对称超级电容器表现出良好的电化学性能。电压窗口为1 V,电流密度为0.1 Ag~(-1)时比电容为124.2 F g-1,电流密度从0.1 Ag~(-1)增加至2 Ag~(-1)时,材料的容量保持率为69.1%。PANI/HPC//PANI/HPC在功率密度为49.8W kg-1时,最大能量密度达17.3 Whkg~(-1)。


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