当前位置:主页 > 科技论文 > 材料论文 >

聚苯胺及其炭基复合物的制备和电容性能研究

发布时间:2019-10-30 15:09
【摘要】:电化学电容器以其独特的储能优势,得到了大量学者的广泛研究,探索性能更优、应用更广的实用性电极材料是研究电化学电容器的关键所在。在众多已研究的材料中,导电聚合物的性能尤其突出(例如高电容、电化学可逆性等),其中聚苯胺(PANI)的电容性能格外出众。然而,PANI在兼具各种优点的同时,也因循环寿命低、倍率性能欠佳而在应用方面受到了致命性的阻碍。将化学性质稳定且导电性能优异的材料与PANI进行复合是克服该障碍的绝佳途径,炭材料因具有以上优点而被广泛地采用。本论文通过不同的合成方法,成功制备了三种微观形貌迥异的PANI,与此同时将其作为电极材料评价了它们的电容器性能。接着,通过引入多壁碳纳米管(MWCNT)和还原氧化石墨烯(RGO)来提升纯PANI的电容和循环稳定性,电容性能测试结果显示,该途径可靠、有效。本论文分为四章,从理论和实验的角度阐述并证实了炭复合聚苯胺作为电极材料的性能优势。第一章:概述了电化学电容器的组成及工作原理;阐述了PANI的结构、导电原理、掺杂机理和合成方法;简介了目前国内外PANI及其复合物在电化学电容器方面的研究及应用。第二章:以丁二酸二异辛酯磺酸钠为表面活性剂、樟脑磺酸为掺杂酸、过硫酸铵为氧化剂,通过微乳聚合法合成了PANI。形貌分析显示,该PANI为长纤维通过交联形式构成的网状结构。采用循环伏安、恒流充放电和交流阻抗技术对其电容性能进行了测试,结果显示,在电流密度为0.5 A/g的测试条件下,其比电容为498.7 F/g;当电流密度增至2.0 A/g,比电容降至362.4 F/g,电容保持率为72.7%;在电流密度为5.0 A/g的条件下,经过1000圈充放电后,电容保持率为65.1%。为了提升交联网状PANI(cPANI)的电容性能,我们引入导电性能优异、化学性质稳定的MWCNT,通过原位聚合法,获得了交联网状聚苯胺@多壁碳纳米管复合物(cPANI@MWCNT)。复合物的微观形貌分析显示,它是MWCNT被PANI交联网络包覆的核壳结构。采用同样的测试条件,对复合物的电容性能进行了研究。在0.5 A/g的电流密度下,复合物的比电容为639.7 F/g,高出cPANI 28.4%,在2.0 A/g的电流密度下,其比电容为521.8 F/g,倍率为81.6%。1000圈的循环寿命为77.2%。复合物较cPANI不仅电容值有所提高,而且倍率性能和循环稳定性也有明显提升,说明MWCNT的引入有效地促进了材料的电容性能。第三章:以樟脑磺酸为掺杂酸、过硫酸铵为氧化剂,通过简单的化学氧化聚合法制得了颗粒状PANI,通过原位聚合法合成了颗粒状PANI/MWCNT复合物。在电流密度为0.5 A/g时,颗粒状PANI的比电容为451.9 F/g,在电流密度为2.0A/g时,比电容为274.6 F/g,电容保持率为60.8%。经过1000次恒流充放电后,颗粒状PANI的电容保持率仅为57.9%。通过测试发现,颗粒状PANI的倍率和循环稳定性不尽人意。为了改善这种情况,将MWCNT引入,制得颗粒状PANI/MWCNT复合物。在电流密度为0.5 A/g时,复合物的比电容为629.0 F/g,电流密度增至2.0 A/g时,比电容为494.0 F/g(倍率为78.5%)。1000圈的循环寿命为74.4%,高出纯PANI 28.5%。电容性能测试结果显示,复合物的电容性能明显优于纯PANI。第四章:以十二烷基硫酸钠为表面活性剂、盐酸为掺杂酸、过硫酸铵为氧化剂,通过微乳聚合法,制备出形貌极为特殊的管状PANI,其管是由短纤维呈阵列状紧密排列在其表面所构成的。在电流密度为0.5 A/g时,其比电容达到457.3F/g,电流密度为2.0 A/g时,比电容为212.4 F/g(倍率为46.5%),表明管状PANI的倍率特性不佳。在5.0 A/g的电流密度下经历充放电1000圈后,其电容保持率为63.6%。为了改善纯PANI的倍率特性和循环稳定性,我们将单层RGO引入PANI体系中,通过原位聚合法,制得了RGO含量分别为10.7%、22.7%和52.6%的PANI/RGO复合物。形貌分析表明,复合后PANI呈纤维状分布在RGO表面。电化学测试显示,在0.5 A/g电流密度下,三种复合物的比电容分别为655.5、684.2和570.5 F/g。随着RGO含量的增加复合物的倍率(66.1、74.3和78.7%)和循环稳定性(75.8、81.8和84.7%)都逐渐升高。
【学位授予单位】:新疆大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TB33;TM53

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 李越;郝晓刚;王忠德;张忠林;梁镇海;刘世斌;;单极脉冲电合成聚苯胺膜及其超级电容性能[J];化工学报;2010年S1期

2 韩丹丹;陈野;张密林;舒畅;张春霞;徐鹏程;;掺钇纳米NiO的制备及其超大电容性能研究[J];电化学;2006年03期

3 陈野;韩丹丹;张密林;葛鑫;;掺镧纳米NiO的制备及超大电容性能研究[J];中国稀土学报;2006年06期

4 赵晶晶;郑明波;吕洪岭;李念武;黄毅;张松涛;曹洁明;;低温热处理制备石墨烯-氧化钴及其超级电容性能[J];化学研究;2012年03期

5 李学良;何金铧;徐海龙;;氧化镍的水热制备及超电容性能研究[J];金属功能材料;2011年05期

6 尚秀丽;索陇宁;冯文成;吴海霞;胡中爱;;聚苯胺/聚砜复合材料的制备及其超级电容性能[J];应用化学;2013年09期

7 陈野;舒畅;张春霞;葛鑫;张密林;;氧化镍的合成及其超级电容性能[J];应用化学;2007年08期

8 廖书田;郑明波;高静贤;曹謇;杨振江;陈惠钦;曹洁明;陶杰;;一步法合成具有二级孔道的有序介孔碳材料及其超电容性能研究[J];化工新型材料;2009年04期

9 王永文;郑明波;曹謇;曹洁明;姬广斌;陶杰;;介孔碳纳米纤维制备与超电容性能研究[J];电化学;2010年02期

10 田颖;阎景旺;薛荣;衣宝廉;;电解质浓度和温度对活性炭电容性能的影响(英文)[J];物理化学学报;2011年02期

相关会议论文 前10条

1 孙红梅;彭亮波;文萃;陈红雨;舒东;;水钠锰矿的制备及超级电容性能研究[A];第二十八届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2009年

2 孙红梅;孙振杰;陈红雨;舒东;;水钠锰矿的制备及超级电容性能研究[A];中国化学会第27届学术年会第10分会场摘要集[C];2010年

3 程杰;曹高萍;杨裕生;;锰氧化物干凝胶电容性能研究[A];第十二届中国固态离子学学术会议论文集[C];2004年

4 张雅琨;陈亮;李建玲;王新东;叶锋;杨军;;不同电解液对聚苯胺电容性能的影响[A];中国化学会第28届学术年会第10分会场摘要集[C];2012年

5 刘晓霞;孙丽杰;窦玉倩;吴建;;基于无机-有机杂化的聚苯胺一维生长调控及超电容性能研究[A];中国化学会第27届学术年会第10分会场摘要集[C];2010年

6 刘宗怀;杨祖培;王增林;;剥离/组装技术制备纳米层状电极材料及其电容性能研究[A];中国化学会第28届学术年会第10分会场摘要集[C];2012年

7 闫广超;范磊;郭荣;;介孔碳小球复合材料的制备及其电容性能研究[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第26分会:胶体与界面[C];2014年

8 李庆伟;李园园;张经纬;霍开富;;多级孔泡沫碳材料的制备和电容性能[A];第一届全国储能科学与技术大会摘要集[C];2014年

9 杨晓青;闫方玉;吴丁财;符若文;;有序炭的氨气改性及其超电容性能研究[A];第22届炭—石墨材料学术会论文集[C];2010年

10 李学良;段体兰;蒋英;李子荣;;有机胺化物作用下炭气凝胶的制备与电容性能研究[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集(下集)[C];2005年

相关重要报纸文章 前6条

1 万鹏;钽电容,追求极致性能的选择[N];电脑报;2008年

2 陕西 张思远;看电容,,“挑”主板[N];电脑报;2004年

3 太子;放眼看元件[N];电脑报;2004年

4 杨树钢 孙立新;超级电容 电梯节能新方向[N];政府采购信息报;2009年

5 青岛 孙海善;联想电脑常见故障五例[N];电子报;2011年

6 倪永华;让“刹车”贡献出电能[N];科技日报;2004年

相关博士学位论文 前10条

1 徐江;碳化物衍生碳的形成机理及其超级电容性能研究[D];燕山大学;2015年

2 万厚钊;过渡金属硫化物中空纳米结构及其阵列的赝电容特性[D];华中科技大学;2015年

3 朱君秋;含锆(铪)活性氧化物的电容性能及其与结构的关系研究[D];福州大学;2013年

4 薛云;尖晶石型锰系氧化物的合成及超级电容性能研究[D];哈尔滨工程大学;2008年

5 张燕萍;基于纳米碳及其金属氧化物复合电极的超级电容研究[D];华东师范大学;2010年

6 孙刚伟;炭基超级电容器正负极不对称电容行为研究[D];华东理工大学;2012年

7 韩燕;多孔炭材料制备及电容性能研究[D];南开大学;2013年

8 樊桢;电化学电容器电极材料的制备及其电容性能研究[D];湖南大学;2008年

9 丛文博;聚苯胺及其复合材料电容性能研究[D];哈尔滨工程大学;2008年

10 苏凌浩;钴铝双氢氧化物层状材料的制备、表征及电容性能研究[D];南京航空航天大学;2009年

相关硕士学位论文 前10条

1 王晓慧;碳纳米管和石墨烯负载二氧化钌复合电容材料的绿色制备和性能研究[D];华南理工大学;2015年

2 翟晶;聚吡咯及其复合材料的制备与电容性能研究[D];西南交通大学;2015年

3 彭大春;碳/MnO_x三维复合纳米纤维的制备及其电容性能研究[D];兰州大学;2015年

4 杨欢;氢氧化钴和复合材料纳米结构及其超级电容性能的研究[D];西南大学;2015年

5 李剑楠;碳/锰氧化合物复合材料的制备及电性能研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

6 王体龙;石墨烯/钴酸镍复合材料的制备及其电容性能研究[D];西南科技大学;2015年

7 王涛;微米碳螺旋纤维功能材料的制备及其电学特性研究[D];中国矿业大学;2015年

8 周琳;碳纳米管包覆零价铁与四氧化三钴超级电容性能研究[D];南昌大学;2015年

9 罗华星;新型石墨烯基氨掺杂多孔碳复合材料的制备及其超电容应用[D];北京化工大学;2015年

10 刘菲菲;基于聚吡咯的柔性复合材料的制备及其电容性能研究[D];山西大学;2014年



本文编号:2553852

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/2553852.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户65ea4***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com