用于超级电容器的聚吡咯复合织物电极材料的制备及性能研究

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导电聚合物(ICPs)在超级电容器领域的应用一直受到广泛的关注,而且被大量研究。尤其是聚吡咯及其衍生物由于高导电性,良好的环境稳定性和生物相容性,耐化学性(氧化/还原)和易合成而引起高度重视,但聚吡咯的力学性能和加工性能较差,难于直接加工应用。本论文分别利用棉布和细菌纤维膜做模板,通过表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)和木质素磺酸钠(LGS)控制聚吡咯形貌、结构尺寸制得电化学性能优异的柔性超级电容器电极材料。主要研究结果如下:(1)利用棉布做基材,采用阳离子表面活性剂CTAB和阴离子表面活性剂SDBS为软模板,通过原位氧化聚合法制得聚吡咯/棉布复合电极材料,实验结果表明:当吡咯浓度为0.5mol/L,三氯化铁浓度为0.25mol/L,CTAB和SDBS浓度比为1:1(0.0001mol/L:0.001mol/L)时,制得的聚吡咯/棉布复合电极材料导电性最佳(14/□左右),具有很高的比容量(52mAh/g)和优良的循环稳定性,而且该电极材料具有很好的耐摩擦性能。(2)利用棉布做基材,采用LGS做软模板,通过原位氧化聚合法制得聚吡咯/棉布复合电极材料,实验结果表明:当吡咯浓度为0.5mol/L,三氯化铁浓度为0.25mol/L,LGS为0.1g(约0.001mol/L)时制得的聚吡咯/棉布复合电极材料具有较高的导电性(3.03S/cm),其比容量能达到304F/g(电流密度为0.1A/g),循环稳定性良好。其中研究发现,LGS不仅起到软模板作用,而且部分充当掺杂剂,提高了电极材料的导电性,和电化学性能。(3)利用细菌纤维素膜做基材,通过原位氧化聚合法制得聚吡咯/细菌纤维素复合电极材料,实验结果表明:当吡咯与细菌纤维质量比为1:10,吡咯与三氯化铁浓度比为2:1,反应时间为2h,制得的聚吡咯/细菌纤维素复合电极材料具有较高的导电性(3.9S/cm),最大放电比容量可达到101.09mAh/g(电流密度为0.16A/g),而且这种电极材料的导电性和电容不会因为材料受到不同程度的弯曲而受到影响。(4)利用棉布做基材,通过喷雾聚合法制得聚吡咯/棉布复合材料,实验结果表明:该材料具有很好的耐摩擦性和耐水洗性,而且具有很好的电流热效应,通过改变电压1V-3V,可以调控聚吡咯/棉布复合材料表面温度在24℃-44℃,所以这种聚吡咯/棉布复合材料可以应用到电热材料中,如可穿着的设备,医疗保健产品,户外保温产品等。
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