苯胺-吡咯共聚物基电极材料制备及超电容特性研究

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yan4321
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超级电容器由于具有快速充放电、高功率密度及优异的循环稳定性等优点,受到研究者广泛关注。电极材料是影响超级电容器性能的重要因素。聚苯胺因其高的理论比电容、容易制备、可掺杂及环境友好等优点,被认为是非常有潜力的电极材料之一。但是,现有的聚苯胺很难达到其理论的比电容且循环稳定性较差。本文针对聚苯胺比电容量低和循环稳定性差的问题,通过化学共聚制备了苯胺-吡咯共聚物和g-C3N4/苯胺-吡咯共聚物复合材料。最后以聚乙烯醇水凝胶为基体,制备了自支撑的聚乙烯醇/苯胺-吡咯共聚物复合材料水凝胶电极,对制备材料的性能进行了研究。本论文主要包括以下几方面内容:(1)利用植酸作为掺杂酸和交联剂,过硫酸铵作为氧化剂,对苯胺和吡咯单体进行化学聚合,合成导电苯胺-吡咯共聚物。研究了苯胺/吡咯单体不同摩尔比例对材料性能的影响。苯胺与吡咯单体摩尔比列为3:1时,得到榴莲样态的形貌,表现出比聚苯胺和聚吡咯更好的电化学性能。1 A·g-1电流密度下其比电容为639 F·g-1,远高于聚苯胺(389 F·g-1),3 A·g-1电流密度下经过1000圈恒电流充放电后,比电容保留率为62%。使用该共聚物作为电极组装对称的超级电容器,功率密度为500 W/Kg时,能量密度为12 Wh/Kg。(2)针对共聚物循环性差和能量密度低的问题,在此基础上引入了循环稳定性较高的g-C3N4材料,通过原位氧化聚合法,在g-C3N4表面聚合了苯胺-吡咯共聚物,制备g-C3N4/苯胺-吡咯共聚物复合材料。当g-C3N4与苯胺、吡咯单体质量和的质量比为1:11时,电化学性能较好。3 A·g-1的电流密度下进行1000次恒电流充放电循环后,比电容依然保留88%。使用该复合材料作为电极组装对称的超级电容器,功率密度为499 W/Kg时,能量密度为14 Wh/Kg,3 A·g-1电流密度下经过500圈恒电流充放电后,比电容保留率为88%。(3)以聚乙烯醇作为水凝胶基体,苯胺-吡咯共聚物作为导电聚合物,通过冷冻-解冻方法制备三维多孔网络结构的PACP/PVA导电聚合物水凝胶。在75KPa拉伸应力下PACP/PVA水凝胶电极具有100%的拉伸率。电极在1 A·g-1电流密度下的比电容达到441 F·g-1。3 A·g-1的电流密度下进行10000次恒电流充放电循环后,比电容保留率为86%。经过500次弯曲,PACP/PVA水凝胶电极在1 A·g-1电流密度下的比电容依旧保持在418 F·g-1,3 A·g-1的电流密度下进行10000次恒电流充放电循环后,比电容保留率为78%。使用该导电聚合物水凝胶电极组装全固态对称超级电容器,功率密度为489 W/Kg时,能量密度达到52 Wh/Kg,3A·g-1的电流密度下进行1000次恒电流充放电循环后,比电容依然剩余初始量的74%。
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