聚苯胺-石墨烯復合材料制備及超電性能.pdf

1、能源是人類生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎，而能量高效存儲和轉(zhuǎn)換是社會可持續(xù)發(fā)展亟待解決的核心問題之一。超級電容器作為一種新型的能量存儲與轉(zhuǎn)換裝置，擁有快速充放電，高功率密度以及循環(huán)性能優(yōu)越等一系列優(yōu)點。在便攜式電子產(chǎn)品，醫(yī)療設備以及混合動力汽車等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛的應用前景?；诓煌膬δ軝C制，超級電容器電極材料可分為兩類，一類是以石墨烯為代表的雙電層電極材料，具有倍率高和循環(huán)性能穩(wěn)定的優(yōu)點，但比電容值偏低;另一類是以聚苯胺為代表的贗電容電極材料

2、，其優(yōu)點為比電容值高，缺點是倍率性能差。為了充分發(fā)揮以上兩種材料的優(yōu)點并彌補其缺點，本論文將聚苯胺與石墨烯進行復合并用作超級電容器電極材料，旨在通過復合后的協(xié)同效應提高復合材料的電化學性能。具體研究內(nèi)容如下:
　　(1)將植酸作為交聯(lián)劑引入聚苯胺和石墨烯復合結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑過程中，得到聚苯胺/石墨烯復合材料。通過場發(fā)射掃描電鏡(FESEM)和透射電鏡(TEM)表征，發(fā)現(xiàn)植酸的加入有利于形成聚苯胺/石墨烯三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。接著將得到的復合材料

3、用于超級電容器性能測試，由于三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的存在，為離子擴散和電子轉(zhuǎn)移提供了較短的路徑，復合材料表現(xiàn)出較優(yōu)異的比電容。進一步優(yōu)化材料制備過程中植酸加入量，苯胺用量，GO還原時間和聚合時間等參數(shù)，最優(yōu)條件下復合材料在掃速為2 mv/s時比電容為536 F/g。
　　(2)提出一種構(gòu)筑聚苯胺/石墨烯復合材料的原位聚合策略，從3D石墨烯水凝膠出發(fā)制備2D石墨烯電極片，在石墨烯電極片的限域空間內(nèi)通過化學氧化聚合法可控生長聚苯胺納米線，構(gòu)筑無

4、粘結(jié)劑的聚苯胺/石墨烯復合柔性電極材料(PANI/SGF)。使用場發(fā)射掃描電鏡(FESEM)，透射電鏡(TEM)，拉曼光譜(Raman)和X-射線光電子能譜(XPS)對材料進行了表征。證實PANI納米線成功生長于石墨烯層間的限域空間內(nèi)。得到的柔性電極材料可直接用于超級電容器的組裝和測試，通過循環(huán)伏安，恒流充放電和交流阻抗技術(shù)研究PANI/SGF的超級電容器性能，證實聚苯胺和石墨烯之間的協(xié)同效應使復合材料表現(xiàn)出高達465 F/g的比電容（