【摘要】：储能设备在现代社会中具有十分重要的地位,日益普及的便携电子设备和电动汽车等对储能设备的性能提出了较高要求。超级电容器由于其功率密度高、循环寿命长、安全环保等优点近年来受到广泛关注。而电极材料是影响超级电容器能综合性能的重要因素。聚吡咯(PPy)作为具有赝电容性能的电极材料,由于其高导电性,低成本和较好的氧化还原可逆性而受到广泛关注。本文分别以化学氧化还原法和电化学沉积法制备了聚吡咯及其复合材料并探究了其形貌结构与电化学性能。主要内容及结论如下:(1)通过化学氧化法以不同的条件制备聚吡咯气凝胶。以光学照片结合SEM图像分析,可以得出,当吡咯与六水氧化铁质量比为1:1,且吡咯、六水氯化铁以及盐酸浓度分别为50 mg/mL、50 mg/mL和0.75 mg/mL时,为最佳制备条件。聚吡咯气凝胶是由纳米球粒子相互连接堆叠,形成内部丰富多孔的三维网状结构。1 A/g的电流密度下聚吡咯气凝胶的比电容可达140.5 F/g。此外,当电流密度增加到20 A/g时,聚吡咯气凝胶电极的比电容为90.4 F/g,其保持率为64.3%,具有良好的倍率性能。(2)以三聚氰胺制备石墨相氮化碳(g-C_3N_4)纳米片,再与吡咯及氧化剂混合反应制备g-C_3N_4@PPy气凝胶。g-C_3N4@PPy气凝胶既保持了聚吡咯气凝胶的三维多孔网络的形貌,又有层状的g-C_3N_4纳米片分布其中。电流密度为1 A/g时,g-C_3N_4@PPy电极质量比电容高达564.6F/g,明显高于PPy电极(140.5 F/g)。这是由于g-C_3N_4的引入使氮的含量增加,改善了材料的电子供体性能和润湿性,提升了离子与电子的传输效率。结合聚吡咯提供的较大赝电容,有效地提升了电极的综合电化学性能。将g-C_3N_4@PPy电极与活性炭电极组装成扣式超级电容器,在功率密度为600 W/kg时,其能量密度为11.4 Wh/kg。(3)分别在稀硫酸、稀盐酸、高氯酸锂溶液的不同支持电解质条件下,通过不同的电化学沉积法,在泡沫镍上制备聚吡咯膜。比较不同条件下制备的聚吡咯膜的形貌结构与电化学性能。得出以稀硫酸为支持电解质时,通过两相电化学沉积法制备的聚吡咯膜(PPy-S2)的性能最佳。其形貌类似于苦瓜的表面,具有大量锯齿状结构,增大了比表面积。而单相法以稀硫酸为电解质制备的样品(PPy-S1)的表面为球状聚集结构,比表面积较小。PPy-S2与PPy-S1电极在1 A/g时的比容量分别为773.6 F/g和266.4 F/g。在5 A/g的电流密度下循环1000次后,PPy-S2电极的容量保持率为90.3%。
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ317;TM53
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