碳基聚苯胺自修复电极制备与循环稳定性研究

发布时间：2020-05-04 20:21

【摘要】：导电聚合物作为一类重要的超级电容器材料,具有原料易得,性能优异等特点,是这个领域的热点材料。其中聚苯胺(Polyaniline,PANI)以其合成简单、高导电和高比容等优点成为最受关注的导电聚合物之一。但是,由于结构失稳导致其循环稳定性较差,严重限制了其发展。因此,提高PANI长期循环过程中的稳定性是当前研究的主要挑战。作为一种智能材料,基于可逆氢键作用的自修复聚合物(Self-healing polymer,SHP)能够修复结构性损伤,减少由于PANI体积变化和结构损伤引起的电子接触损失。因此本文采用自修复的方法并结合结构调控的策略来提高PANI的循环寿命,取得的主要成果如下:1.通过将PANI与氧化石墨烯(Graphene oxide,GO)复合来增强复合材料的结构稳定性,并添加SHP来重建PANI纳米结构与电极之间的接触,提高PANI全固态超级电容器的循环稳定性。2.以二聚苯胺(Aniline dimer,AD)为前驱体合成了苯胺四聚物(Aniline Tetramer,AT)与GO的复合材料(AT-GO)。由于SHP的自修复作用,基于AT-GO的器件表现出非常好的循环稳定性,9000次循环后电容保持率高达97.5%,在0.5 A g~(-1)时获得高达143.2 F g~(-1)的器件比电容,表现了良好的电化学性能。3.以PANI和碳纳米管(carbon nanotube,CNT)制备合成了PANI-CNT复合材料,该电极材料在三电极测试系统中,展现出了较为优异的超电容性能。以PANI-CNT为活性物质并组装成柔性器件,表现了良好的柔性与电容性能。本文提出的使用SHP和缩短聚合物链长来提高电化学稳定性的新策略,以及柔性超级电容器相关的研究,为提高PANI稳定性提供了新的参考方法,并对其实际应用有重要意义。
【图文】：

锰复合石墨烯80%.4.1 原位化学聚合法原位化学聚合法是制备聚苯胺/氧化石墨烯复合材料最常用的方法之一，如本实验中，以过硫酸铵（APS）作为氧化剂，加入到氧化石墨烯和苯胺的复合液中，氧化石墨烯通过与聚苯胺之间的共价键或者非共价键相结合，引发原位合，得到聚苯胺/氧化石墨烯复合材料。此方法在文献中报道较多，实验工艺为成熟，具有工艺简单，产物稳定易处理的优点，但是与此同时，此方法反应间要求较长，尤其是当聚苯胺和氧化石墨烯是通过共价键作用相结合时，制备程更加严格，且对反应条件的要求也更高，这也限制了原位聚合法在某些特殊件下的应用。图 1.1 为 Gao 等人通过简单的原位化学聚合法[54]，控制反应条件聚苯胺纳米线阵列生长在石墨烯薄膜表面，并以此复合材料为基础制得了具有比容量的超级电容器。

合肥工业大学专业硕士研究生学位论文膜的过程[55]，在苯胺的 H2SO4溶液中直接以石作为对电极，在恒定电压的条件下，直接在工作/石墨纸的复合薄膜材料。这种方法得到的材料电极材料，而不需要在其中添加粘结剂或导电剂度上减小了内部电阻，，提高了电导率，因此该方
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM53

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本文编号：2648940