導電聚合物基納米復合高比容電極及器件研究.pdf

1、超級電容器具有能量密度高、功率密度大、充電時間短、使用壽命長、循環(huán)效率高等優(yōu)點，越來越受到人們的重視。高比容電極材料的獲得是超級電容器的研究熱點。導電聚合物聚-3,4-乙烯二氧噻吩（PEDOT）具有比容高、電導率高、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點，是理想的超級電容器電極材料，但循環(huán)穩(wěn)定性差制約了PEDOT的使用壽命。通過將PEDOT與無機納米材料復合，可以有效解決上述問題。本文主要研究了不同導電聚合物及其納米復合材料在超級電容器電極中的應用，主要研究

2、內容如下：
　　1、采用原位化學聚合法，合成了不同比例的PEDOT/活性碳（AC）復合材料，研究了復合材料的微觀結構及電化學性能。結果表明：在0.5A/g電流密度下，PEDOT/AC（AC占EDOT單體質量的20％）復合電極的比容量達到176.3F/g，經過4000次循環(huán)，容量衰減了19.8%，具有較好的電容特性及循環(huán)特性。當電流從0.5A/g增加大3A/g時，復合電極的容量保持率為92.5%，適用于大電流的工作環(huán)境。以PEDOT

3、/AC復合材料為電極，完整組裝了2.3V25F卷繞式超級電容器并研究了器件儲能特性，其能量密度達到5.04 Wh/kg，經10000次循環(huán)充放電后穩(wěn)定性良好。
　　2、以聚-3,4-乙烯二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸鈉（PEDOT-PSS）水溶液替代聚偏氟乙烯（PVDF）作為超級電容器電極的粘接劑，研究了PEDOT-PSS對電極電化學性能的影響。結果表明PEDOT-PSS具有良好的粘接效果，PEDOT-PSS/AC電極比容量為108.8F

4、/g（0.5A/g），經4000次充放電后，電極容量衰減率為9.93%，循環(huán)性能良好；當電流密度倍增到5A/g時，電極容量降低10.4%，達到97.5F/g，表明復合電極具有良好的比容量穩(wěn)定性。基于PEDOT-PSS/AC電極組裝的2.3V10F超級電容器具有優(yōu)良的電容特性及循環(huán)穩(wěn)定性，經10000次循環(huán)充放電后，其能量密度僅衰減1.3%，功率密度保持不變。
　　3、采用循環(huán)伏安法及恒電流法分別制備了二氧化錳（MnO2）電極薄膜。

5、掃描電鏡分析發(fā)現(xiàn)循環(huán)伏安法制備的MnO2電極薄膜由不規(guī)則的納米片堆疊組成，具有較大的比表面積。在1A/g的電流密度下，電極比容量為263.3F/g，4000次循環(huán)后，容量保持率為74.98%。采用循環(huán)伏安法在ITO襯底上制備了MnO2-PEDOT層間復合薄膜，其比容量為221.6F/g（1A/g），4000次循環(huán)后的容量保持率為84.93%。然后在在碳纖維布（CC）上采用相同方法制備了MnO2/PEDOT層間復合薄膜，獲得了CC/MnO

6、2/PEDOT三相復合柔性電極，該復合電極的比容量為196.4F/g（1A/g），4000次循環(huán)后的容量保持率為95.1%。將柔性電極組裝成的柔性超級電容器具有良好的柔韌性，其能量密度為5.27Wh/kg，500次充放電后，容量保持率大于90%。
　　4、采用改進的Hummers法及水合肼化學還原法制備了還原氧化石墨烯（RGO）材料，并采用原位聚合法將RGO與PEDOT-PSS復合，制備了PEDOT-PSS/RGO納米復合自支撐電

7、極。通過調整EDOT單體與RGO的比例，優(yōu)化了自支撐電極的電化學性能，當電流密度為0.5A/g時，PEDOT-PSS/RGO（質量比1:1）電極的比容量為193.7F/g，4000次循環(huán)后，電極的容量衰減率為13.1%，具有優(yōu)良的循環(huán)壽命特性，當電流密度增大到3A/g時，容量保持率為81.3%。
　　5、首次采用化學原位聚合方法在RGO Langmuir-Blodgett（LB）膜上制備了PEDOT多孔結構。通過控制聚合過程的溫度

8、及升溫速率，優(yōu)化了多孔PEDOT電極的微觀結構。當升溫速率為30℃/min時，PEDOT/RGO LB復合超薄膜具有連續(xù)的、規(guī)則的網絡微孔結構，復合膜的電導率達到306.2S/cm。多孔復合薄膜的比表面積大，有利于電解液與電極充分接觸，其比容量為267.1F/g（0.5A/g）。進一步研究表明，經過4000次循環(huán)后，比容量保持率接近90%，具有優(yōu)良的循環(huán)穩(wěn)定性。當電流密度增大到1.5A/g時，電極的容量保持率為82.97%。
　　

9、6、采用溶液聚合法合成了導電聚合物聚-9,10-蒽醌（PAQ）及聚-1,2-二氨基-9,10-蒽醌（PAAQ），并研究其電化學特性。結果表明，純PAQ及PAAQ電極的比容量較低，僅為28.6及69.8F/g。但由于PAQ及PAAQ具有平面型共軛結構，使得聚合物電極均具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性，經過4000次循環(huán)，比容量保持率在90%以上。原位聚合法制備的PAAQ修飾AC復合電極的比容量為207.8F/g（100mA/g），經過4000次恒電流