聚苯胺（PANI）基超级电容电极材料的制备及性能研究

发布时间：2020-05-25 09:58

【摘要】：超级电容因具有高功率密度、快速的充放电速率、优异的循环稳定性能受到了广泛的关注和研究。聚苯胺由于其高比电容、低密度、低成本、电导率可调控、易制备和环境友好等特点,被认为是最有潜力的超级电容材料之一。但提高其循环稳定性和能量密度仍是目前面临的重要挑战。本论文针对聚苯胺超级电容材料,以提高导电聚苯胺电极材料的比容量、循环稳定性和能量密度为目的,通过选择工艺简便易于实现产业化的制备方法,制备聚苯胺纳米材料、聚苯胺基复合材料并将聚苯胺电极材料作柔性超级电容器的应用,对其形貌、结构和电化学性能进行了研究。本文的主要工作包括以下几个方面:(1)使用硫酸做掺杂酸,过硫酸铵为氧化剂,利用无模板的自组装法,制备了纳米形貌的聚苯胺电极材料。研究了硫酸与苯胺单体不同摩尔比对材料的性能的影响。硫酸与苯胺单体摩尔比为10:1时,得到了形貌规则均一的纳米棒状结构。其电导率可以达到6.65 S/cm~(-1),在1 A/g的电流密度下比电容可以达到449.1 F/g,1000次循环充放电后比电容剩余初始量的75.15%,在功率密度为500 W/kg时,能量密度为62.38Wh/kg;在功率密度提高至5000 W/kg,能量密度仍能达到41.94 Wh/kg。(2)通过简单的原位氧化聚合法,在石墨相氮化碳表面原位聚合聚苯胺,制备了纳米花状的聚苯胺/石墨相氮化碳复合材料。石墨相氮化碳的引入,提高了电极材料的比电容和循环稳定性,在1 A/g的电流密度下,其比电容达到584.3 F/g,在1000次的恒电流充放电循环后,其比电容剩余初始量的81.91%。在功率密度为500 W/kg的条件下,能量密度可以达到81.15 Wh/kg;在功率密度提高至5000 W/kg的条件下,其能量密度可以达到51.94 Wh/kg。(3)在聚苯胺/石墨相氮化碳复合材料的基础上,利用聚苯胺自身的还原性,制备了银/聚苯胺/石墨相氮化碳复合材料三元纳米复合材料。在1 A/g的电流密度下,其比电容可以达到753.7 F/g,且在1000次循环充放电后,比电容剩余初始值的84.43%。在功率密度为500 W/kg时,能量密度为104.68 Wh/kg;在功率密度提高至5000 W/kg,能量密度仍能达到68.98 Wh/kg。(4)使用交联聚乙烯醇-硫酸凝胶作为柔性电解液,在其表面原位聚合聚苯胺电极材料,并使用纳米Ag颗粒进行修饰,制备了银/聚苯胺-聚乙烯醇柔性超级电容材料。在0.2 mA/cm~2的电流密度下,其面积比电容可以达到231 m F/cm~2。在1 mA/cm~2的电流密度下进行3000次循环充放电后,其比电容剩余初始值的百分之88.3%。在功率密度为200、500、1000μW/cm~2的条件下,能量密度分别可以达到32.08、26.8、20.22μWh/cm~2。
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电能储存

景及意义(Background and Significance)社会经济的快速发展，人类对于化石能源的需求量越来环境污染等后果也越来越严重。开发绿色能源已经成为一于太阳能、风能等属于间歇性能源，在接入电网或者供用设备中，因此，这些可再生能源的有效利用就依赖于高铅电池、锂电池等化学电池，因具有比较高的能量密度被池使用寿命较短，也无法在大电流条件下工作，废弃后处染，因此我们迫切地需要开发出一种高效低廉、环境友好。在许多应用领域，，如混合动力汽车、移动设备，需要超。另外在许多电子器件的应用中，如柔性电源等，高性能应用前景。因此，能量密度和功率密度介于传统介质电容受到越来越广泛的关注。容器概述（An overview of supercapacitors）

对比图,双层电容器,电解质界面,电位降

能量和比功率对比图[1]，超级电容器介于传统梁作用：具有比静电电容器更高的能量存储能更大的功率输出效率（比功率）。的工作原理和分类储能机理不同可以分为双电层电容器和法拉第分为碳超级电容器、金属氧化物超级电容器和理如下所述。层电容器的工作原理主要建立在德国物理学家亥姆霍兹提出的界面插入两个电极，并在两电极之间施加一个小的正、负离子就会在电场的作用下会迅速向密的双电层。当两电极与外电路连通时，电极流，同时电容器电极与电解液界面上的离子迁充放电原理[3]。
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB33;TM53

【参考文献】