基于导电聚合物的超级电容器电极材料的制备及性能研究

发布时间：2017-05-09 19:03

  本文关键词：基于导电聚合物的超级电容器电极材料的制备及性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：超级电容器是一种新型的储能元件,它具有比传统电容器更高的能量密度以及比电池更高的功率密度。电极材料是决定超级电容器综合性能的最主要因素。导电聚合物材料具有制备工艺简单、成本较低、比容量较高和环境友好等优点,因而引起了研究人员的广泛关注。传统的化学氧化法和电化学合成法较难实现导电聚合物材料的大产量制备,其制备过程中存在的众多影响因素,也较大地影响了材料的性能,限制了导电聚合物的应用范围。本论文采用界面聚合法、微乳液法制备了一系列导电聚合物材料,并对其形貌、结构以及电化学性能进行了测试并分析。具体研究内容如下:(1)采用简单的有机相/水相界面合成法,通过控制水相中CTAB的浓度,成功制备了不同形貌的PPy材料,并研究了其电化学性能的差异。结果表明,通过有效控制水相中CTAB的浓度为12.500 mmol L-1时,可以得到相互缠绕的超长纳米线/纳米球型复合结构的PPy材料。相比其他形貌的PPy材料,这种特殊结构的PPy材料电化学性能更好,在电流密度为0.3 A g-1时,比电容可达328.7 F g-1;在电流密度为1.0 A g-1时,经过600次充放电循环后,容量保持率达75.7%。(2)采用SDBS/正丁醇/正己烷/水微乳液体系制备了纳米粒径的PPy材料,分别研究其在浓度均为1.0 mol·L-1的H2SO4、Na2SO4和KCl电解液中的电化学性能差异。结果表明,所制备的PPy材料在1.0 mol·L-1H2SO4电解液中的比电容最大,在电流密度1.0 A g-1时达到329.0 F g-1,远高于在Na2SO4和KCl电解液中的比电容(156.6 F g-1和153.2 F g-1)。电极循环稳定性测试表明,在充放电电流密度为1.0A g-1时,经过500次充放电循环后,PPy材料在H2SO4电解液中衰减较为明显,比电容降至146.0 F g-1,容量保持率仅为44.4%,而在Na2SO4和KCl电解液中,PPy材料在循环前后容量保持率分别为98.1%和96.7%。(3)采用有机相/水相/有机相三相界面法,避免传统制备导电聚合物复合材料的冗长步骤,一步法成功制备了具有核/壳结构的PPy/PANI复合材料。采用SEM、TEM、XRD、FTIR等测试手段对所制备材料的形貌进行表征;通过循环伏安、计时电位和电化学交流阻抗法对所制备的复合材料的电化学性能进行表征。结果表明,三相界面法制备的PPy/PANI复合材料有效地保存了单独PPy和PANI的原始形貌,在界面热能的驱动作用下,纳米尺度的PANI粒子均匀的附着在PPy微球表面,形成一种纳/微分级超结构。PPy/PANI复合材料的比电容在电流密度1.0 A g-1时达到348.5 F g-1,高于PPy(145.0 F g-1)和PANI(290.3 F g-1)。通过比较电极材料的结构、尺寸和形貌对其电化学性能的影响,同时研究电极材料在不同电解液中的电化学行为,为导电聚合物材料的制备、超级电容器电解液的选择提供了更广阔的思路。
【关键词】：超级电容器 导电聚合物 界面反应 微乳液法 比电容
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O646.54;TM53
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 1 绪论12-32
• 1.1 引言12
• 1.2 超级电容器简介12-21
• 1.2.1 超级电容器分类12-16
• 1.2.2 超级电容器结构16-18
• 1.2.3 超级电容器特点18-20
• 1.2.4 超级电容器应用领域20-21
• 1.3 超级电容器电极材料研究进展21-28
• 1.3.1 碳材料21-24
• 1.3.2 金属氧化物24-26
• 1.3.3 导电聚合物26-28
• 1.4 本课题研究意义28-29
• 1.5 本课题选题依据29-30
• 1.6 本课题研究目的和研究内容30-31
• 1.6.1 研究目的30
• 1.6.2 研究内容30-31
• 1.7 本课题创新点31-32
• 2 实验原理及方法32-40
• 2.1 主要试剂和仪器设备32-33
• 2.1.1 主要试剂32-33
• 2.1.2 主要仪器设备33
• 2.2 材料表征33-34
• 2.2.1 场发射扫描电子显微分析33-34
• 2.2.2 透射电子显微分析34
• 2.2.3 傅立叶红外光谱分析34
• 2.2.4 X射线衍射分析34
• 2.3 超级电容器电极制备和电化学性能测试34-40
• 2.3.1 电极制备34-35
• 2.3.2 电化学性能测试35-40
• 3 界面法制备形貌可控的PPY材料的研究40-53
• 3.1 引言40-41
• 3.2 实验部分41-43
• 3.2.1 不同形貌的PPy电极材料的制备41-42
• 3.2.2 材料的结构和形貌表征42
• 3.2.3 电极制备和电化学性能测试42-43
• 3.3 结果与讨论43-52
• 3.3.1 电极材料的FTIR分析43-44
• 3.3.2 电极材料的SEM分析44-46
• 3.3.3 电极材料的TEM分析46-47
• 3.3.4 PPy纳米线的形成机理分析47-48
• 3.3.5 电极的CV分析48-49
• 3.3.6 电极的充放电性能分析49-51
• 3.3.7 电极的EIS分析51-52
• 3.4 本章小结52-53
• 4 微乳液法制备PPY材料及其在不同电解液中的电容性能研究53-67
• 4.1 引言53-54
• 4.2 实验部分54-57
• 4.2.1 微乳液法制备PPy电 极材料54-55
• 4.2.2 材料的结构和形貌表征55
• 4.2.3 电极制备和电化学性能测试55-57
• 4.3 结果与讨论57-66
• 4.3.1 电极材料的FTIR分析57
• 4.3.2 电极材料的XRD分析57-58
• 4.3.3 电极材料的SEM分析58-59
• 4.3.4 电极在不同电解液中的CV分析59-61
• 4.3.5 电极的充放电性能分析61-63
• 4.3.6 电极的循环稳定性分析63-66
• 4.4 本章小结66-67
• 5 基于三相界面的一步法制备核壳结构PPY/PANI复合材料的研究67-82
• 5.1 引言67-68
• 5.2 实验部分68-71
• 5.2.1 PPy/PANI复合材料的制备68-69
• 5.2.2 材料表征69
• 5.2.3 电极制备和电化学性能测试69-71
• 5.3 结果与讨论71-81
• 5.3.1 核壳结构PPy/PANI的形成示意图71-72
• 5.3.2 电极材料的FTIR分析72-73
• 5.3.3 电极材料的XRD分析73-74
• 5.3.4 电极材料的SEM分析74-75
• 5.3.5 电极材料的TEM分析75-76
• 5.3.6 电极的CV分析76-77
• 5.3.7 电极的充放电性能分析77-79
• 5.3.8 电极的EIS分析79-80
• 5.3.9 电极的循环稳定性分析80-81
• 5.4 本章小结81-82
• 结论82-83
• 致谢83-84
• 参考文献84-100
• 攻读硕士学位期间论文发表情况及所获奖励100-101
• 主要论文100-101
• 所获奖励101

【参考文献】

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本文编号：353078