复合酸掺杂聚苯胺正极材料的制备及性能
发布时间：2021-04-13 12:01
以苯胺为单体,硫酸和磺基水杨酸进行复合掺杂,电化学聚合导电聚苯胺,采用正交设计优化聚苯胺正极材料的制备工艺。采用X射线衍射、傅里叶红外光谱对导电聚苯胺电极进行了研究与表征,结果表明大分子基团的加入进一步增大了聚苯胺分子链的离域程度,提高了导电性;采用扫描电镜,电化学测试以及组成电池放电对电极表征,结果表明聚苯胺正极的最佳制备工艺条件为添加12%（质量分数）的二氧化锰,导电剂使用碳纳米管,电极制作方式采用包网模式,压制电极的压力为12 MPa,与镁合金组成海水电池,以25 mA/cm2恒电流放电,比能量为108 mWh/g。聚苯胺与二氧化锰复合使得电极的放电性能得到显著提高,电极放电比能量与氯化银电极持平。
【文章来源】：电源技术. 2020,44(01)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
图１?Ｈ＾ＣＶＳＳＡ掺杂ＰＡＮＩ粉末的ＸＲＤ图??２．２．２ＦＴＩＲ?分析??采用ＫＢｒ压片法，在４?０００？４００?ｃｍ－１范围内测试混合酸??
２．５６°、２５．３４°处出现的衍射峰对应聚苯胺晶体结??构。分析结果表明：不同于非晶态的本征态聚苯胺，复合酸掺??杂的导电ＰＡＭ有了一定的结晶度，质子酸掺杂能够増加分子??链的柔性，大分子体积的磺基水杨酸更有利于分子链的伸展??和电荷的离域化，促进载流子的跃迁，增加聚苯胺的导电性＇??而且晶态结构也更有利于电子在分子链上的移动，使其导电??性增加，因此聚苯胺可以作为电极活性物质用在海水电池的??正极上。??１２００??２．３?ＰＡＮＩ电极性能??２．３．１ＳＥＭ?分析??图３为最优工艺条件下制备聚苯胺电极放电前、后的微??观形貌。制备电极中的ＰＡＮＩ呈球形，颗粒非常细致均匀，形成??单位体积内电极活性物质的表面积大且孔隙多，在微粒间允??许电解液渗人的毛细通道多，有利于电解液的吸附；图３（ａ）？??（ｂ冲分布在表面比较亮且不规则的颗粒是Ｍｎ０２，这样的结构??增大了材料的粗糖度与比表面积。压制后的电极堆积紧密，结??构较致密结实，但是压力过大会导致电极过于密实，造成电解??液无法深人电极内层，抑制活性物质的反应。而由图３㈦？（ｄ）??可知，放电后的正极材料中的ＰＡＭ和Ｍｎ０２的明暗度区别不??大，说明放电过程中Ｍｎ０２并没有参加反应，主要是起到稳定??剂的作用，减弱电极的极化，而参与反应的聚苯胺由于脱掺杂??变成了本征态聚苯胺，导电性能差，使得电极的反应难以深人。??图３?最优条件下制备电极放电前［（ａ）?￣?（ｂ）】和??放电后［（ｃ）?￣?（ｄ）】的微观形貌??２．３．２电化学性能分析??图４为最佳工艺条件下制备的电极（ＰＣＭ电极）和不含添??加剂制备的纯聚苯胺电极（Ｐ电极）的极化曲线，由极化曲线
致密结实，但是压力过大会导致电极过于密实，造成电解??液无法深人电极内层，抑制活性物质的反应。而由图３㈦？（ｄ）??可知，放电后的正极材料中的ＰＡＭ和Ｍｎ０２的明暗度区别不??大，说明放电过程中Ｍｎ０２并没有参加反应，主要是起到稳定??剂的作用，减弱电极的极化，而参与反应的聚苯胺由于脱掺杂??变成了本征态聚苯胺，导电性能差，使得电极的反应难以深人。??图３?最优条件下制备电极放电前［（ａ）?￣?（ｂ）】和??放电后［（ｃ）?￣?（ｄ）】的微观形貌??２．３．２电化学性能分析??图４为最佳工艺条件下制备的电极（ＰＣＭ电极）和不含添??加剂制备的纯聚苯胺电极（Ｐ电极）的极化曲线，由极化曲线计??算得出的两个电极的交换电流密度分别为８．５ｘ?１（Ｔ２和１．４ｘ??ｌ（Ｔ２ｍＡ／ｃｍ２，极化率分别为０．３８７和０．４０１。ＰＣＭ电极的交换??电流密度是Ｐ电极的６倍，ＰＣＭ电极的阴极塔菲尔斜率也小??于Ｐ电极。交换电流密度越大，表明反应速度大；极化率越小，??说明反应所受的阻力越小，越有利于电极反应的进行。这是由??于导电剂的加入减小了电极电阻，能够促进深层的聚苯胺参??与反应；同时Ｍａ０２作为稳定剂减小了电极的极化，抑制了氢??气的反应过早出现，消除了阻碍电极反应不利的因素，从而促??进了电极反应的进行，提高电极反应速度。??图４?聚苯胺电极极化曲线??６０??４?０００?３?０００?２?０００?１０００?０??波数／ｃｍ＿１??图２?Ｈ２ＳＯ／ＳＳＡ掺杂ＰＡＮＩ粉末的红外光谱图??１０?２０?３０?４０?５０?６０?７０?８０??２?沒／（。）??图１?Ｈ＾ＣＶＳＳＡ掺杂ＰＡＮＩ粉末的ＸＲＤ图??２．２．
【参考文献】：
期刊论文
[1]海水电池用导电聚苯胺正极性能的研究[J]. 杨林億,黎红,刘汉川. 船电技术. 2015(10)
[2]涂布法制备锌//聚苯胺二次电池[J]. 李德耿,吴森,夏洋,司士辉. 徐州工程学院学报(自然科学版). 2015(01)
[3]复合酸掺杂PVA/PANI/Ag复合膜的电化学制备及性能研究[J]. 邓姝皓,王玉. 中国塑料. 2011(10)
[4]硫酸掺杂导电聚苯胺正极材料的电化学制备及性能[J]. 邓姝皓,易丹青,刘娟,郑康丽. 电池. 2007(03)
本文编号：3135259
【文章来源】：电源技术. 2020,44(01)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
图１?Ｈ＾ＣＶＳＳＡ掺杂ＰＡＮＩ粉末的ＸＲＤ图??２．２．２ＦＴＩＲ?分析??采用ＫＢｒ压片法，在４?０００？４００?ｃｍ－１范围内测试混合酸??
２．５６°、２５．３４°处出现的衍射峰对应聚苯胺晶体结??构。分析结果表明：不同于非晶态的本征态聚苯胺，复合酸掺??杂的导电ＰＡＭ有了一定的结晶度，质子酸掺杂能够増加分子??链的柔性，大分子体积的磺基水杨酸更有利于分子链的伸展??和电荷的离域化，促进载流子的跃迁，增加聚苯胺的导电性＇??而且晶态结构也更有利于电子在分子链上的移动，使其导电??性增加，因此聚苯胺可以作为电极活性物质用在海水电池的??正极上。??１２００??２．３?ＰＡＮＩ电极性能??２．３．１ＳＥＭ?分析??图３为最优工艺条件下制备聚苯胺电极放电前、后的微??观形貌。制备电极中的ＰＡＮＩ呈球形，颗粒非常细致均匀，形成??单位体积内电极活性物质的表面积大且孔隙多，在微粒间允??许电解液渗人的毛细通道多，有利于电解液的吸附；图３（ａ）？??（ｂ冲分布在表面比较亮且不规则的颗粒是Ｍｎ０２，这样的结构??增大了材料的粗糖度与比表面积。压制后的电极堆积紧密，结??构较致密结实，但是压力过大会导致电极过于密实，造成电解??液无法深人电极内层，抑制活性物质的反应。而由图３㈦？（ｄ）??可知，放电后的正极材料中的ＰＡＭ和Ｍｎ０２的明暗度区别不??大，说明放电过程中Ｍｎ０２并没有参加反应，主要是起到稳定??剂的作用，减弱电极的极化，而参与反应的聚苯胺由于脱掺杂??变成了本征态聚苯胺，导电性能差，使得电极的反应难以深人。??图３?最优条件下制备电极放电前［（ａ）?￣?（ｂ）】和??放电后［（ｃ）?￣?（ｄ）】的微观形貌??２．３．２电化学性能分析??图４为最佳工艺条件下制备的电极（ＰＣＭ电极）和不含添??加剂制备的纯聚苯胺电极（Ｐ电极）的极化曲线，由极化曲线
致密结实，但是压力过大会导致电极过于密实，造成电解??液无法深人电极内层，抑制活性物质的反应。而由图３㈦？（ｄ）??可知，放电后的正极材料中的ＰＡＭ和Ｍｎ０２的明暗度区别不??大，说明放电过程中Ｍｎ０２并没有参加反应，主要是起到稳定??剂的作用，减弱电极的极化，而参与反应的聚苯胺由于脱掺杂??变成了本征态聚苯胺，导电性能差，使得电极的反应难以深人。??图３?最优条件下制备电极放电前［（ａ）?￣?（ｂ）】和??放电后［（ｃ）?￣?（ｄ）】的微观形貌??２．３．２电化学性能分析??图４为最佳工艺条件下制备的电极（ＰＣＭ电极）和不含添??加剂制备的纯聚苯胺电极（Ｐ电极）的极化曲线，由极化曲线计??算得出的两个电极的交换电流密度分别为８．５ｘ?１（Ｔ２和１．４ｘ??ｌ（Ｔ２ｍＡ／ｃｍ２，极化率分别为０．３８７和０．４０１。ＰＣＭ电极的交换??电流密度是Ｐ电极的６倍，ＰＣＭ电极的阴极塔菲尔斜率也小??于Ｐ电极。交换电流密度越大，表明反应速度大；极化率越小，??说明反应所受的阻力越小，越有利于电极反应的进行。这是由??于导电剂的加入减小了电极电阻，能够促进深层的聚苯胺参??与反应；同时Ｍａ０２作为稳定剂减小了电极的极化，抑制了氢??气的反应过早出现，消除了阻碍电极反应不利的因素，从而促??进了电极反应的进行，提高电极反应速度。??图４?聚苯胺电极极化曲线??６０??４?０００?３?０００?２?０００?１０００?０??波数／ｃｍ＿１??图２?Ｈ２ＳＯ／ＳＳＡ掺杂ＰＡＮＩ粉末的红外光谱图??１０?２０?３０?４０?５０?６０?７０?８０??２?沒／（。）??图１?Ｈ＾ＣＶＳＳＡ掺杂ＰＡＮＩ粉末的ＸＲＤ图??２．２．
【参考文献】：
期刊论文
[1]海水电池用导电聚苯胺正极性能的研究[J]. 杨林億,黎红,刘汉川. 船电技术. 2015(10)
[2]涂布法制备锌//聚苯胺二次电池[J]. 李德耿,吴森,夏洋,司士辉. 徐州工程学院学报(自然科学版). 2015(01)
[3]复合酸掺杂PVA/PANI/Ag复合膜的电化学制备及性能研究[J]. 邓姝皓,王玉. 中国塑料. 2011(10)
[4]硫酸掺杂导电聚苯胺正极材料的电化学制备及性能[J]. 邓姝皓,易丹青,刘娟,郑康丽. 电池. 2007(03)
本文编号：3135259
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