【摘 要】
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随着科技的发展,能源危机已经成为当今世界亟需解决的问题。而随着大量清洁能源的开发,如何更稳定更高效地储存转运这些能源也成了现今的研究热点。相对于传统的锂离子电池技术,水系锌离子电池因其安全无害、环境友好、操作简易、锌金属储量丰富,加工难度低和锌离子电池理论比容量较高等特点而广受人们的关注。导电聚合物类材料因其独特的电化学性质和物理结构稳定性而广范地应用于水系锌离子电池正极材料。其不仅可以作为导电添
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随着科技的发展,能源危机已经成为当今世界亟需解决的问题。而随着大量清洁能源的开发,如何更稳定更高效地储存转运这些能源也成了现今的研究热点。相对于传统的锂离子电池技术,水系锌离子电池因其安全无害、环境友好、操作简易、锌金属储量丰富,加工难度低和锌离子电池理论比容量较高等特点而广受人们的关注。导电聚合物类材料因其独特的电化学性质和物理结构稳定性而广范地应用于水系锌离子电池正极材料。其不仅可以作为导电添加剂或结构稳定剂与锰基材料、钒基材料等正极主体材料复合,而且因其自身具备氧化还原特性也可以单独作为正极主体材料。基于此,本课题分别研究聚吡咯和聚苯胺这两类导电聚合物在不同情况的合成及研究并揭示了相关的储能机理。（1）聚吡咯（PPy）作为改性剂与β-MnO2复合。我们采用简易的水热法在PPy纳米线上原位生长β-MnO2纳米棒,得到三维介孔微球型β-MnO2/PPy复合材料。作为水系锌离子电池正极,在0.2 A/g电流密度下表现出361.7 m Ah g-1的比容量,优于纯MnO2正极材料。各项表征与测试表明,所合成复合材料优良的电化学性能归因于材料内部PPy纳米线组装而成的三维导电网络骨架有效地提高了材料整体的电子传输性能和结构稳定性。此外,本文还通过贋电容理论计算得到了复合材料的总容量主要由扩散控制过程和电容行为的综合作用所控制。本文为锌离子电池高性能正极用锰基材料/导电聚合物复合材料的合成提供了新的思路。（2）聚苯胺（PANI）作为正极主体材料与石墨烯复合。利用简单的化学氧化原位聚合法,在功能化石墨烯（MEG）表面聚合形成PANI,得到MEG/PANI复合材料（MGP-1）。当其作为水系锌离子电池正极材料时,电池表现出理想的放电比容量为184.5 m Ah/g（电流密度为0.2 A/g）,优良的倍率性能137.6 m Ah/g（电流密度为3 A/g）和较好的容量保留率。相关测试分析表明,MGP-1表现出的高比容量归因于放电过程中Zn2+离子插入正极材料并形成-N-Zn-O-这一特殊结构,从而优化了MGP-1正极材料的Zn2+储能行为。此外,在传统H+插层机理的基础上,本工作进一步提供了H+和Zn2+的插层机理。而且,商用石墨烯廉价且丰富的特点将使石墨烯/聚苯胺复合材料有望成为一种极有前途的AZIBs正极极材料。图32表4参229
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