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互通多孔碳/聚苯胺复合电极材料的制备及其电化学性能

谭永涛  
【摘要】:超级电容器是一种绿色无污染的新型储能元件,其具有较高的能量密度和功率密度,因而得到了国内外广泛关注,其中电极材料起着至关重要的作用。碳材料由于导电性较好,价格低廉,广泛应用于双电层电容器的电极材料,然而其比电容较低。导电高分子材料由于具有较高的法拉第赝电容,价格低廉,环境友好等优点,成为电极材料研究的热点之一,遗憾的是,导电聚合物的循环寿命较差。碳/聚苯胺的复合物的各组分具有协同作用,有望得到综合性能优异的超级电容电极材料。本论文采用超浓乳液法制备具有分级互通多孔结构的碳材料,并以其作为载体在分级互通多孔碳材料的表面生长导电聚苯胺电极材料,分别研究分级互通多孔碳及其复合物的电化学性能。 首先以苯乙烯,二乙烯基苯为原料,合成互通多孔聚合物后,经炭化制备具有分级互通多孔结构的碳材料。采用SEM、BET、FTIR对其形貌、孔结构和表面的官能团进行了表征,研究了其电化学性能。通过超浓乳液中分散相的体积来调节互通多孔碳材料的孔结构,并对碳材料进行了液相氧化改性。研究结果表明:互通多孔碳材料合成时存在着一个合适的分散相体积,并且具有互通分级多孔结构;在碱性电解液中比容量最高达95F/g,经过液相氧化改性提高了浸润性,比容量随之提高,最高达225F/g;经过1000次循环后,电容保持90%,具有较好的循环寿命。 采用经典的化学氧化法合成了互通多孔碳/聚苯胺复合物,研究了反应时间和苯胺用量对复合物结构及形貌的影响。采用SEM和FTIR对其形貌及结构进行了表征,研究了其电化学性能。研究结果表明:随着反应时间的延长和苯胺用量的增加,复合物中的聚苯胺的纳米纤维长度和直径都增加,并且其比容量呈先增大后减小的趋势。复合物相对于纯的聚苯胺材料,虽然其比容量238F/g比纯聚苯胺的405F/g低,但是,复合物材料相对于纯聚苯胺材料,具有较低的电荷转移阻抗,循环寿命也得到了改善。


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