聚（3，4-乙烯二氧噻吩）基电极的电化学电容性能的研究
发布时间：2021-06-08 07:50
超级电容器作为一种电荷存储装置,通常由电极材料,集流体,电解质以及隔膜所组成。其中电极材料是组成超级电容器的重要组成部分之一,它的性质直接影响电容器的性能。在导电聚合物中,聚（3,4-乙烯二氧噻吩）（PEDOT）是一种常用的超级电容器电极材料,因为其具有高导电性、化学稳定、快速动力学和环境相容等优点。与化学法制备PEDOT相比,电化学聚合制备PEDOT能够在集流体上一步负载电极材料,从而避免了使用化学法制备电极时所需的绝缘性粘接剂。然而文献调研表明,很少有工作详细调查电聚合条件还有集流体对所制备PEDOT电极电化学电容性能的影响。因此,本文首先对PEDOT电极的电聚合条件进行了详细优化,接着发展了一步电化学方法制备了PEDOT-碳纳米管（CNTs）复合电极,最后从改进集流体的角度对PEDOT-CNTs电极的性能进行了优化。通过本研究显著提升了基于PEDOT的电极的电化学电容性能,从而促进了PEDOT在超级电容器中的应用。本论文的主要内容如下:（1）通过改变电聚合条件（如聚合电流密度,聚合电位）、集流体和阴离子掺杂剂制备了不同的PEDOT电极,并比较了所制备电极的电化学电容性质。使用X射...
【文章来源】：山西大学山西省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1.1双电层电容器储能机理[21]
聚（3,4-乙烯二氧噻吩）基电极的电化学电容性能研究4此外PEDOT还具有良好的成膜性以及较长的循环寿命。EDOT单体的聚合过程以及充放电机理如图1.2所示。在一定的氧化电位下，EDOT单体失去电子发生聚合，在形成共轭链的过程中，阴离子作为掺杂剂掺入此共轭链的主干上，达到电荷平衡。在PEDOT充电过程中，失去电子，发生阴离子的掺杂；放电过程中，得到电子，发生阴离子的脱掺杂。图1.2EDOT的电聚合机理以及PEDOT充放电过程Figure1.2TheelectropolymerizedmechanismofEDOTandthecharge/dischargeprocess1.2.2聚（3,4-乙烯二氧噻吩）电极材料的研究进展PEDOT电极的制备大致分为两种方式，分别为化学聚合和电化学聚合[46-50]。对于化学聚合，PEDOT通常以粉末的形式获得，这需要与绝缘聚合物粘合剂充分混合，随后所得到的泥浆物被压到集流体上以构成电极，这会降低电活性材料的导电性。相比之下，电化学聚合则可避免使用粘结剂，在此过程中PEDOT直接生长在集流体上，从而通过一步法制备获得电极。对于PEDOT电极的电化学制备，Patra[47]等人以不锈钢（SS）为基底，使用电聚合法制备PEDOT电极，在0.1MH2SO4和表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)存在下制备的PEDOT/SS电极，发现所获得的比电容(SC)比在中性水电解质制备的PEDOT电极高。Sidhu[48]等人通过脉冲电流聚合法制备了微孔PEDOT膜/石墨复合电极。三维纳米结构复合碳纤维状PEDOT电极具有较高的孔隙连通性和电解质离子扩散率，展示了210.8
第一章前言5Fg-1的比电容。Bihag[49]等人使用电沉积法在柔性纤维纸上制备PEDOT电极。将所制备的电极通过PVA-H2SO4电解质组装为柔性固态超级电容器，其体积能量密度为1mWhcm-3，质量电容为115Fg-1，体积电容为145Fcm-3。对于PEDOT电极的化学制备，Zhang[50]等人报道了通过超声雾化形成微米级液滴中EDOT的氧化聚合来合成PEDOT微球的方法（如图1.3所示）。该方法为批量PEDOT合成提供了一个简单、一步、可扩展的过程。通过在前驱体溶液中优化氧化剂和溶剂，成功地控制了微球的形态（多孔、实心和空心）。所制备的PEDOT微球展示了160Fg-1的比电容。Zhao[46]等人采用蒸发气相聚合的方法，在碳布（CC）表面制备了垂直排列的PEDOT纳米纤维。优化的反应条件可以获得均匀分布的纳米PEDOT纤维层。PEDOT/CC电极被用来组装为柔性对称超级电容器，在1mAcm2的充放电电流密度下的比电容为201.4mFcm2，在弯曲状态下也展示了较好的比电容，同时具有较优异的循环稳定性，在1000次循环后保持了初始比电容的92.4%。图1.3.超声喷雾聚合（USPo）装置，用于合成PEDOT微球[50]Figure1.3.Ultrasonicspraypolymerization(USPo)apparatusforthesynthesisofPEDOTmicrospheres聚苯乙烯磺酸钠（PSS）是一种聚合物表面活性剂，它有助于PEDOT在水和其他溶剂分散和稳定，因此是目前最为常用的制备PEDOT的掺杂剂。聚（3，
【参考文献】：
期刊论文
[1]Carbon-based supercapacitors for efficient energy storage[J]. Xuli Chen,Rajib Paul,Liming Dai. National Science Review. 2017(03)
[2]超级电容器炭电极材料的研究[J]. 徐斌,张浩,曹高萍,张文峰,杨裕生. 化学进展. 2011(Z1)
[3]复合材料在超级电容器中的应用研究进展[J]. 巢亚军,原鲜霞,马紫峰. 稀有金属材料与工程. 2007(06)
本文编号：3217992
【文章来源】：山西大学山西省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1.1双电层电容器储能机理[21]
聚（3,4-乙烯二氧噻吩）基电极的电化学电容性能研究4此外PEDOT还具有良好的成膜性以及较长的循环寿命。EDOT单体的聚合过程以及充放电机理如图1.2所示。在一定的氧化电位下，EDOT单体失去电子发生聚合，在形成共轭链的过程中，阴离子作为掺杂剂掺入此共轭链的主干上，达到电荷平衡。在PEDOT充电过程中，失去电子，发生阴离子的掺杂；放电过程中，得到电子，发生阴离子的脱掺杂。图1.2EDOT的电聚合机理以及PEDOT充放电过程Figure1.2TheelectropolymerizedmechanismofEDOTandthecharge/dischargeprocess1.2.2聚（3,4-乙烯二氧噻吩）电极材料的研究进展PEDOT电极的制备大致分为两种方式，分别为化学聚合和电化学聚合[46-50]。对于化学聚合，PEDOT通常以粉末的形式获得，这需要与绝缘聚合物粘合剂充分混合，随后所得到的泥浆物被压到集流体上以构成电极，这会降低电活性材料的导电性。相比之下，电化学聚合则可避免使用粘结剂，在此过程中PEDOT直接生长在集流体上，从而通过一步法制备获得电极。对于PEDOT电极的电化学制备，Patra[47]等人以不锈钢（SS）为基底，使用电聚合法制备PEDOT电极，在0.1MH2SO4和表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)存在下制备的PEDOT/SS电极，发现所获得的比电容(SC)比在中性水电解质制备的PEDOT电极高。Sidhu[48]等人通过脉冲电流聚合法制备了微孔PEDOT膜/石墨复合电极。三维纳米结构复合碳纤维状PEDOT电极具有较高的孔隙连通性和电解质离子扩散率，展示了210.8
第一章前言5Fg-1的比电容。Bihag[49]等人使用电沉积法在柔性纤维纸上制备PEDOT电极。将所制备的电极通过PVA-H2SO4电解质组装为柔性固态超级电容器，其体积能量密度为1mWhcm-3，质量电容为115Fg-1，体积电容为145Fcm-3。对于PEDOT电极的化学制备，Zhang[50]等人报道了通过超声雾化形成微米级液滴中EDOT的氧化聚合来合成PEDOT微球的方法（如图1.3所示）。该方法为批量PEDOT合成提供了一个简单、一步、可扩展的过程。通过在前驱体溶液中优化氧化剂和溶剂，成功地控制了微球的形态（多孔、实心和空心）。所制备的PEDOT微球展示了160Fg-1的比电容。Zhao[46]等人采用蒸发气相聚合的方法，在碳布（CC）表面制备了垂直排列的PEDOT纳米纤维。优化的反应条件可以获得均匀分布的纳米PEDOT纤维层。PEDOT/CC电极被用来组装为柔性对称超级电容器，在1mAcm2的充放电电流密度下的比电容为201.4mFcm2，在弯曲状态下也展示了较好的比电容，同时具有较优异的循环稳定性，在1000次循环后保持了初始比电容的92.4%。图1.3.超声喷雾聚合（USPo）装置，用于合成PEDOT微球[50]Figure1.3.Ultrasonicspraypolymerization(USPo)apparatusforthesynthesisofPEDOTmicrospheres聚苯乙烯磺酸钠（PSS）是一种聚合物表面活性剂，它有助于PEDOT在水和其他溶剂分散和稳定，因此是目前最为常用的制备PEDOT的掺杂剂。聚（3，
【参考文献】：
期刊论文
[1]Carbon-based supercapacitors for efficient energy storage[J]. Xuli Chen,Rajib Paul,Liming Dai. National Science Review. 2017(03)
[2]超级电容器炭电极材料的研究[J]. 徐斌,张浩,曹高萍,张文峰,杨裕生. 化学进展. 2011(Z1)
[3]复合材料在超级电容器中的应用研究进展[J]. 巢亚军,原鲜霞,马紫峰. 稀有金属材料与工程. 2007(06)
本文编号：3217992
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