二氧化猛/聚苯胺电极材料的一步法制备及超级电容器性能
发布时间：2022-02-12 09:57
超级电容器具有功率密度高、循环寿命长、充放电速率快等特点,在能量储存方面已引起广泛关注。超级电容器的电极材料种类繁多,主要包括碳质材料、金属氧化物和导电聚合物。在金属氧化物中,二氧化锰（MnO2）由于合成简单、资源丰富、无毒、循环稳定性好、比表面积大、环境友好且拥有较高的理论比电容等优势而备受青睐。然而,在酸性电解液中的分解以及其本身导电性差的缺陷严重限制了它在超级电容器方面的应用。因此,将MnO2与电导率高、氧化还原可逆性好的聚苯胺（PANI）复合则可以有效克服MnO2的缺陷。在PANI保护MnO2的同时,MnO2又可以为PANI提供支撑,限制其体积膨胀和收缩,从而提高电极材料的循环稳定性。因此,本文将两种材料复合以制备出既能够充分利用各材料优势,又能克服单一材料缺陷的复合材料。在众多制备方法中,氧化还原法是常用的方法,在实验室和工业上都比较容易实现。但此法制备出的样品由于产物粒子相互间的静电作用以及产物凝胶中非架桥羟基的存在,大量的产物粒子极易堆积在一起,发生团聚现象,丧失...
【文章来源】：内蒙古科技大学内蒙古自治区
【文章页数】：54 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
超级电容器结构
内蒙古科技大学硕士学位论文-7-具有较高的工作电压、重量较轻、抗腐蚀性好、电子传输能力较好、可塑性好，易于加工、成本低廉及对环境友好等特点，因此具有很大的研究价值和作为超级电容器电级材料的应用前景。导电聚合物在储能时发生可逆的氧化还原反应。发生氧化过程时，离子嵌入到聚合物骨链中；发生还原过程时，离子再脱离骨链回到电解液中。这个氧化还原过程发生在导电聚合物的整体内，所以具有更高的比容量。目前研究比较多的导电聚合物有：聚吡咯（PPy）、聚噻吩（PTh）、聚苯胺（PANI）、聚对苯（PPP）、聚乙烯二茂铁（PVF）及其衍生物等[62]。导电聚合物的缺点是电阻较大、循环稳定性低。目前研究的重点是将导电聚合物与其他的材料进行复合，来降低导电聚合物的电阻、提高循环稳定性和充放电性能，如碳材料或金属氧化物材料。1.3二氧化锰电极材料的研究现状1.3.1二氧化锰的晶型结构与性能图1.2二氧化锰的骨架结构二氧化锰的基本骨架为紧密堆积的立方八面体，根据[MnO6]与氧原子以配位键的形式形成的。其中氧原子位于八面体的八个顶角上，而锰原子在八面体的体心位置，在八面体中共棱连接形成单链、双链和多链等结构，不同链之间再通过共顶点形成有空隙的隧道结构，由于[MnO6]八面体的堆积方式不同，同时锰的价态较多，因此二氧化锰的晶体结构十分复杂而且晶型种类繁多。其结构如图1.2所示。根据二氧化锰中[MnO6]八面体连结方式不同，二氧化锰结构分为三大类：一是链状或隧道结构，如α、β、γ等晶型；二是片状或层状结构，如δ型；三是三维立体结构，如λ型[63～66]。
内蒙古科技大学硕士学位论文-12-产率高，电导率高，化学稳定性好，合成工艺简单，电化学性能优异，电荷储存能力强等优点，是聚合物中最受欢迎的应用优势。聚苯胺的结构研究由来已久，从Willstatter和Green研究小组开始，对麦克德尔米德的可能性结构进行了不断的实验探索和修正，并于1987年正式提出了苯醌结构的聚苯胺模型。如图1.3所示。图1.3聚苯胺的结构模型不同的y值表达出聚苯胺的不同态结构，如图1.4所示。在y取值为0或0.5或1时，所得到的聚苯胺都是绝缘体，但可以通过掺杂质子酸来使聚苯胺（0<y<1）转变成导体，其中本征态掺杂的电导率最大。图1.4聚苯胺的不同态结构与固有导电聚合物、金属或半导体相比，聚苯胺只有进行掺杂才可导电，其掺杂方式有碘掺杂、质子酸掺杂、光助氧化掺杂和离子注入掺杂，而聚苯胺的结构形式决定了将采取哪种掺杂方式。如图1.5。这四种掺杂方式中，离子注入掺杂属于n型掺杂，其余都是p型掺杂，对于质子酸掺杂，只有本征态聚苯胺即翠绿亚胺在掺杂后以极化子为载流子来导电。
【参考文献】：
期刊论文
[1]A review of negative electrode materials for electrochemical supercapacitors[J]. LU XueFeng,LI GaoRen,TONG YeXiang. Science China（Technological Sciences）. 2015(11)
[2]复合乳化剂微乳液法制备聚苯胺及其电化学性能[J]. 马利,贾春悦,甘孟瑜,郝少娜,刘兴敏,李志春. 高等学校化学学报. 2011(07)
[3]聚噻吩/活性炭复合材料作为超级电容器电极材料的电性能[J]. 高峰阁,田艳红. 高分子材料科学与工程. 2011(02)
[4]二氧化锰氧化制备聚苯胺及其超级电容性能[J]. 冉奋,谭永涛,张翠娟,孙晓琼,孔令斌,康龙. 功能高分子学报. 2010(02)
博士论文
[1]多级阵列结构与类固溶复合体系的构筑及电化学储能研究[D]. 张冠华.湖南大学 2016
[2]聚吡咯纳米阵列材料的制备、结构及其电化学性能研究[D]. 杜洪秀.东南大学 2015
[3]Ni（OH）2及其石墨烯复合物的制备与电化学性能研究[D]. 闫慧君.哈尔滨工程大学 2014
硕士论文
[1]导电高分子聚吡咯复合材料的制备及其电化学性能研究[D]. 康桂英.兰州理工大学 2016
[2]蓄电池和超级电容器在光伏发电混合储能系统的应用[D]. 苏人奇.辽宁工业大学 2016
[3]碳纳米管和金属氢氧化物用作超级电容器电极材料的研究[D]. 刘丽霞.南华大学 2013
[4]聚吡咯复合材料的制备及其在超级电容器中的应用[D]. 王赟姣.兰州大学 2012
本文编号：3621510
【文章来源】：内蒙古科技大学内蒙古自治区
【文章页数】：54 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
超级电容器结构
内蒙古科技大学硕士学位论文-7-具有较高的工作电压、重量较轻、抗腐蚀性好、电子传输能力较好、可塑性好，易于加工、成本低廉及对环境友好等特点，因此具有很大的研究价值和作为超级电容器电级材料的应用前景。导电聚合物在储能时发生可逆的氧化还原反应。发生氧化过程时，离子嵌入到聚合物骨链中；发生还原过程时，离子再脱离骨链回到电解液中。这个氧化还原过程发生在导电聚合物的整体内，所以具有更高的比容量。目前研究比较多的导电聚合物有：聚吡咯（PPy）、聚噻吩（PTh）、聚苯胺（PANI）、聚对苯（PPP）、聚乙烯二茂铁（PVF）及其衍生物等[62]。导电聚合物的缺点是电阻较大、循环稳定性低。目前研究的重点是将导电聚合物与其他的材料进行复合，来降低导电聚合物的电阻、提高循环稳定性和充放电性能，如碳材料或金属氧化物材料。1.3二氧化锰电极材料的研究现状1.3.1二氧化锰的晶型结构与性能图1.2二氧化锰的骨架结构二氧化锰的基本骨架为紧密堆积的立方八面体，根据[MnO6]与氧原子以配位键的形式形成的。其中氧原子位于八面体的八个顶角上，而锰原子在八面体的体心位置，在八面体中共棱连接形成单链、双链和多链等结构，不同链之间再通过共顶点形成有空隙的隧道结构，由于[MnO6]八面体的堆积方式不同，同时锰的价态较多，因此二氧化锰的晶体结构十分复杂而且晶型种类繁多。其结构如图1.2所示。根据二氧化锰中[MnO6]八面体连结方式不同，二氧化锰结构分为三大类：一是链状或隧道结构，如α、β、γ等晶型；二是片状或层状结构，如δ型；三是三维立体结构，如λ型[63～66]。
内蒙古科技大学硕士学位论文-12-产率高，电导率高，化学稳定性好，合成工艺简单，电化学性能优异，电荷储存能力强等优点，是聚合物中最受欢迎的应用优势。聚苯胺的结构研究由来已久，从Willstatter和Green研究小组开始，对麦克德尔米德的可能性结构进行了不断的实验探索和修正，并于1987年正式提出了苯醌结构的聚苯胺模型。如图1.3所示。图1.3聚苯胺的结构模型不同的y值表达出聚苯胺的不同态结构，如图1.4所示。在y取值为0或0.5或1时，所得到的聚苯胺都是绝缘体，但可以通过掺杂质子酸来使聚苯胺（0<y<1）转变成导体，其中本征态掺杂的电导率最大。图1.4聚苯胺的不同态结构与固有导电聚合物、金属或半导体相比，聚苯胺只有进行掺杂才可导电，其掺杂方式有碘掺杂、质子酸掺杂、光助氧化掺杂和离子注入掺杂，而聚苯胺的结构形式决定了将采取哪种掺杂方式。如图1.5。这四种掺杂方式中，离子注入掺杂属于n型掺杂，其余都是p型掺杂，对于质子酸掺杂，只有本征态聚苯胺即翠绿亚胺在掺杂后以极化子为载流子来导电。
【参考文献】：
期刊论文
[1]A review of negative electrode materials for electrochemical supercapacitors[J]. LU XueFeng,LI GaoRen,TONG YeXiang. Science China（Technological Sciences）. 2015(11)
[2]复合乳化剂微乳液法制备聚苯胺及其电化学性能[J]. 马利,贾春悦,甘孟瑜,郝少娜,刘兴敏,李志春. 高等学校化学学报. 2011(07)
[3]聚噻吩/活性炭复合材料作为超级电容器电极材料的电性能[J]. 高峰阁,田艳红. 高分子材料科学与工程. 2011(02)
[4]二氧化锰氧化制备聚苯胺及其超级电容性能[J]. 冉奋,谭永涛,张翠娟,孙晓琼,孔令斌,康龙. 功能高分子学报. 2010(02)
博士论文
[1]多级阵列结构与类固溶复合体系的构筑及电化学储能研究[D]. 张冠华.湖南大学 2016
[2]聚吡咯纳米阵列材料的制备、结构及其电化学性能研究[D]. 杜洪秀.东南大学 2015
[3]Ni（OH）2及其石墨烯复合物的制备与电化学性能研究[D]. 闫慧君.哈尔滨工程大学 2014
硕士论文
[1]导电高分子聚吡咯复合材料的制备及其电化学性能研究[D]. 康桂英.兰州理工大学 2016
[2]蓄电池和超级电容器在光伏发电混合储能系统的应用[D]. 苏人奇.辽宁工业大学 2016
[3]碳纳米管和金属氢氧化物用作超级电容器电极材料的研究[D]. 刘丽霞.南华大学 2013
[4]聚吡咯复合材料的制备及其在超级电容器中的应用[D]. 王赟姣.兰州大学 2012
本文编号：3621510
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3621510.html
