超级电容器用聚吡咯纤维电极材料的制备及性能研究

发布时间：2017-10-09 12:02

  本文关键词：超级电容器用聚吡咯纤维电极材料的制备及性能研究

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【摘要】：柔性纤维超级电容器在超级电容器的领域受到了越来越广泛的关注和研究,在各种基底上附着/沉积高分子导电聚合物成为制备柔性电极材料的主要方法。聚吡咯和其衍生物具有合成简单、稳定性好、导电性高和生物相容性好的特点而引起高度重视。但是聚吡咯又有难加工、力学性能差的特点难以直接在电容器中应用。本论文以市场化的棉线、细菌纤维素短纤/棉线为基底,分别用十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)控制聚吡咯颗粒的分布和形貌,以细菌纤维素(BC)短纤增加基底的比表面积,甲基橙(MO)来调控聚吡咯的微观形貌等方法来得到电化学性能优异的柔性纤维超级电容器材料。主要研究结果如下:(1)利用棉线做基材,采用阴离子表面活性剂CTAB和阳离子表面活性剂SDBS作为软模板,通过溶液聚合的方法制得聚吡咯/棉线复合电极材料。实验结果表明:该聚吡咯/棉线复合电极材料具有较大的面积比容量(9.61mF/cm2),优良的循环稳定性能,较好的机械性能。(2)利用棉线做基材,将细菌纤维素(BC)短纤沉积在棉线纤维上,通过原位氧化聚合制得聚吡咯/BC/棉线复合电极材料。实验结果表明:该聚吡咯/BC/棉线复合电极材料质量比容量为275F/g,面积比容量为76.63mF/cm2,循环稳定性良好,且在不同的电流密度下具有较好的稳定性;机械稳定性良好,在弯曲条件下也有好的充放电容量。(3)利用棉线为基材,利用FeCl3-MO作为反应模板,通过溶液聚合的方法在棉线上沉积纳米棒状聚吡咯,制得聚吡咯/棉线复合导电材料。实验结果表明:该复合材料的高分子沉积率较低,但是其质量比容量可达210.9F/g,面积比容量可达74mF/cm2,具有良好的循环稳定性,其导电性和电容不会因为材料受到不同程度的弯曲而受到影响。
【关键词】：棉线基材 聚吡咯 柔性纤维超级电容器 导电性 电化学性能
【学位授予单位】：武汉纺织大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ342;TM53
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-27
• 1.1 电容器的原理10
• 1.2 电化学电容器10-15
• 1.2.1 双层电容器12-13
• 1.2.2 赝电容电化学电容器13-15
• 1.3 柔性超级电容器（FSC）15-23
• 1.3.1 柔性超级电容器的研究意义15
• 1.3.2 金属基柔性超级电容器15-16
• 1.3.3 塑料基柔性超级电容器16
• 1.3.4 纸基柔性超级电容器16-21
• 1.3.5 织物形态柔性超级电容器21-22
• 1.3.6 纤维状柔性超级电容器22-23
• 1.4 导电聚合物聚吡咯的介绍23-24
• 1.5 导电聚吡咯掺杂机理24-25
• 1.5.1 电荷转移机理24
• 1.5.2 质子酸掺杂机理24-25
• 1.6 本论文的研究目的和内容25-27
• 2 阴、阳表面活性剂共混聚吡咯/棉线复合电极材料的制备及性能研究27-36
• 2.1 引言27
• 2.2 实验部分27-28
• 2.2.1 仪器药品27-28
• 2.2.2 聚吡咯/棉线复合电极材料的制备28
• 2.3 表征方法和性能测试28-29
• 2.3.1 聚吡咯/棉线复合电极材料的负载量28
• 2.3.2 红外光谱分析（ATR-FTIR）28-29
• 2.3.3 扫描电镜分析（SEM）29
• 2.3.4 复合材料的电化学性能测试29
• 2.3.5 复合材料的综合充放电测试29
• 2.4 结果与讨论29-35
• 2.4.1 复合电极材料的负载量分析29-30
• 2.4.2 复合电极材料的红外光谱分析30-31
• 2.4.3 扫描电镜分析（SEM）31-32
• 2.4.4 复合材料的电化学性能测试32-33
• 2.4.5 PPy/棉线复合电极材料的综合充放电测试33-35
• 2.5 本章小结35-36
• 3 聚吡咯/细菌纤维素纤维/棉线复合电极材料的制备及性能研究36-46
• 3.1 引言36
• 3.2 实验部分36-38
• 3.2.1 仪器药品36-37
• 3.2.2 聚吡咯/BC/棉线复合材料的制备37-38
• 3.2.3 凝胶电解质的制备38
• 3.3 表征方法和性能测试38-39
• 3.3.1 聚吡咯/BC/棉线复合电极材料的活性物质负载量的计算38
• 3.3.2 红外光谱分析（ATR-FTIR）38
• 3.3.3 扫描电镜分析（SEM）38-39
• 3.3.4 PPy/BC/棉线复合电极材料的电化学性能测试39
• 3.3.5 复合电极材料的综合充放电测试39
• 3.4 结果与讨论39-44
• 3.4.1 PPy/BC/棉线复合电极材料负载量的分析39
• 3.4.2 复合电极材料的傅里叶红外光谱分析（ART-FTIR）39-40
• 3.4.3 复合电极材料的扫描电子显微镜分析（SEM）40-41
• 3.4.4 PPy/BC/棉线复合电极材料的电化学性能测试分析41-42
• 3.4.5 复合电极材料的综合充放电测分析42-44
• 3.5 本章小结44-46
• 4 三氯化铁—甲基橙共混聚吡咯/棉线复合电极材料的制备及性能研究46-54
• 4.1 引言46
• 4.2 实验部分46-47
• 4.2.1 仪器药品46-47
• 4.2.2 聚吡咯/棉线复合电极材料的制备47
• 4.2.3 凝胶电解质的制备47
• 4.3 表征方法和性能测试47-49
• 4.3.1 聚吡咯/棉线复合材料的负载量47-48
• 4.3.2 傅里叶红外光谱分析48
• 4.3.3 扫描电镜分析（SEM）48
• 4.3.4 PPy/棉线复合电极材料的电化学性能测试48
• 4.3.5 复合电极材料的综合充放电测试48-49
• 4.4 结果与分析49-53
• 4.4.1 PPy/棉线复合电极材料的活性物质负载量的分析49
• 4.4.2 复合电极材料的红外光谱分析（ART-FTIR）49-50
• 4.4.3 PPy/棉线复合电极材料的扫描电镜分析（SEM）50
• 4.4.4 PPy/棉线复合电极材料的电化学性能测试分析50-51
• 4.4.5 PPy/棉线复合电极材料的综合充放电测试51-53
• 4.5 本章小结53-54
• 总结54-55
• 参考文献55-64
• 附录64-65
• 致谢65

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本文编号：1000064