導(dǎo)電聚合物基納米復(fù)合高比容電極及器件研究.pdf

1、超級(jí)電容器具有能量密度高、功率密度大、充電時(shí)間短、使用壽命長(zhǎng)、循環(huán)效率高等優(yōu)點(diǎn)，越來越受到人們的重視。高比容電極材料的獲得是超級(jí)電容器的研究熱點(diǎn)。導(dǎo)電聚合物聚-3,4-乙烯二氧噻吩（PEDOT）具有比容高、電導(dǎo)率高、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，是理想的超級(jí)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(jī)納米材料復(fù)合，可以有效解決上述問題。本文主要研究了不同導(dǎo)電聚合物及其納米復(fù)合材料在超級(jí)電容器電極中的應(yīng)用，主要研究

2、內(nèi)容如下：
　　1、采用原位化學(xué)聚合法，合成了不同比例的PEDOT/活性碳（AC）復(fù)合材料，研究了復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能。結(jié)果表明：在0.5A/g電流密度下，PEDOT/AC（AC占EDOT單體質(zhì)量的20％）復(fù)合電極的比容量達(dá)到176.3F/g，經(jīng)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(dāng)電流從0.5A/g增加大3A/g時(shí)，復(fù)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(fù)合材料為電極，完整組裝了2.3V25F卷繞式超級(jí)電容器并研究了器件儲(chǔ)能特性，其能量密度達(dá)到5.04 Wh/kg，經(jīng)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(jí)電容器電極的粘接劑，研究了PEDOT-PSS對(duì)電極電化學(xué)性能的影響。結(jié)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(jīng)4000次充放電后，電極容量衰減率為9.93%，循環(huán)性能良好；當(dāng)電流密度倍增到5A/g時(shí)，電極容量降低10.4%，達(dá)到97.5F/g，表明復(fù)合電極具有良好的比容量穩(wěn)定性?；赑EDOT-PSS/AC電極組裝的2.3V10F超級(jí)電容器具有優(yōu)良的電容特性及循環(huán)穩(wěn)定性，經(jīng)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(fù)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(fù)合薄膜，獲得了CC/MnO

6、2/PEDOT三相復(fù)合柔性電極，該復(fù)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(jí)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(jìn)的Hummers法及水合肼化學(xué)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(fù)合，制備了PEDOT-PSS/RGO納米復(fù)合自支撐電

7、極。通過調(diào)整EDOT單體與RGO的比例，優(yōu)化了自支撐電極的電化學(xué)性能，當(dāng)電流密度為0.5A/g時(shí)，PEDOT-PSS/RGO（質(zhì)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(dāng)電流密度增大到3A/g時(shí)，容量保持率為81.3%。
　　5、首次采用化學(xué)原位聚合方法在RGO Langmuir-Blodgett（LB）膜上制備了PEDOT多孔結(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)。當(dāng)升溫速率為30℃/min時(shí)，PEDOT/RGO LB復(fù)合超薄膜具有連續(xù)的、規(guī)則的網(wǎng)絡(luò)微孔結(jié)構(gòu)，復(fù)合膜的電導(dǎo)率達(dá)到306.2S/cm。多孔復(fù)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(jìn)一步研究表明，經(jīng)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(dāng)電流密度增大到1.5A/g時(shí)，電極的容量保持率為82.97%。
　　

9、6、采用溶液聚合法合成了導(dǎo)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(xué)特性。結(jié)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(jié)構(gòu)，使得聚合物電極均具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性，經(jīng)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(fù)合電極的比容量為207.8F/g（100mA/g），經(jīng)過4000次恒電流