苯胺/石墨烯基二维复合材料的制备及其在全固态超级电容器领域的应用

发布时间：2021-02-24 17:44

　　从宏观物态上可以将超级电容器的电极材料大致分为两类,一是粉末类材料,二是具备三维结构的凝胶类材料。粉末类材料常要与粘结剂共同使用,制备三电极体系下的超级电容器;而凝胶类材料由于自身的稳定的三维结构,可以在不使用粘结剂的情况下用于制备两电极体系下的全固态超级电容器。粉末类超级电容器材料根据微观组成的不同,又基本可以分为三个类,一个是过渡金属氧化物,二是导电聚合物,三是应用最多的碳材料。其中,根据对于超级电容器电容贡献的种类的差别,又分成以提供双层板电容为主的碳材料,以及提供法拉第赝电容为主的过渡金属氧化物材料和导电聚合物材料。本文将在第一部分,以导电聚合物苯胺为研究对象,探讨导电聚合物材料,以及进一步将其发展为引入过渡金属氧化物的粉末类碳材料在超级电容器领域的应用;第二部分,以石墨烯/苯胺复合材料为讨论对象,探讨凝胶类材料在超级电容器领域的应用。1.气液界面聚合法制备二维聚苯胺材料的研究:我们使用苯胺为单体,在表面活性剂的参与下,利用气液界面聚合的方法制备了二维聚苯胺材料。气液界面聚合是一个缓慢、自组装的过程,获得的聚苯胺材料相比于在液态体系以及液液界面聚合体系下得到的聚苯胺,由于具有更... 

【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

各种储能元器件的能量密度与功率密度对比图

上海交通大学硕士学位论文超级电容器最开始出现于上个世纪 60、70 年代的美国，在 80 年代开始在市场上有所应用，取得了大众的认可。与传统的电容器相比，超级电容器在性能上有更加优越的表现，首先，它的储存能量的能力比传统的电容器要高出一个数量级，其次功率密度高、充电时间短、使用寿命长也是使它脱颖而出的重要因素，因此取得了科研与市场的双重关注，对于超级电容器的研究热情也是空前的高涨，而最近几年，人们也在超级电容器领域取得了长足的进步，使得超级电容器有了越来越广泛的应用。从储能原理的角度来说，传统的电容器的正负电荷 Q 分别位于被真空或一层介电物质（相对介电常数为ε）所隔离的两片电极板上，它的电容值 c 正比于介电常数和电极板面积、反比于介质的厚度，电容值 c= /4 ，式中ε为介电常数，s 为两极板相对重叠部分的极板面积，d 为两极板之间的距离。贮存的能量E=CV2/2，式中 V 为电容器两极板间的电压。

上海交通大学硕士学位论文充电，从而产生了剩余电荷。这些存在于两侧的剩余电荷在界面处构成了双电层。超级电容器的存储电荷的能力，是与其使用的多孔活性电极材料密切相关的，电极材料的多孔结构为超级电容器提供了极高的相对表面积，例如很多类多孔碳的比表面积高达 2000m2/g[3]。而在电解液中，用于导电的离子之间间距很小，一般情况下不到 10 个埃。由此，我们可以知道，超级电容器拥有具备超高比表面积的活性电极材料，导电过程中离子迁移距离很小，这都使得它存储电荷的能力有了质的飞越，而在目前的研究中，很多超级电容器的电容都达到了几百至上千法拉。[4]。碳材料具有电导率高、比表面积大、稳定性好、电位窗口宽等特点，在储能器件领域受到广泛的研究和应用[5]。目前超级电容器研究和应用较多的碳材料，包括活性炭[6]、石墨烯[7]、碳纳米管[8]、模板碳[9]等。

【参考文献】：
期刊论文
[1]表面官能团对活性炭性能的影响[J]. 庄新国,杨裕生,杨冬平,嵇友菊,唐致远.  电池. 2003(04)



本文编号：3049728