導(dǎo)電高分子修飾電極的電化學(xué)性能研究.pdf

1、電化學(xué)超級電容器是一種介于蓄電池和傳統(tǒng)電容器之間的新型儲能器件，它具有比傳統(tǒng)電容器更大的比能量、比蓄電池更大的比功率、循環(huán)使用壽命長和使用溫度范圍寬等特點(diǎn)，它在混合電動汽車、移動電話、微機(jī)等眾多領(lǐng)域內(nèi)有廣泛應(yīng)用前景。根據(jù)儲能原理，電化學(xué)超級電容器可以分為雙電層電容器和法拉第贗電容器，其電極材料主要有碳材料、金屬氧化物和導(dǎo)電聚合物等。電極材料在電化學(xué)超級電容器中起著關(guān)鍵性作用。 本論文綜述了電化學(xué)超級電容器及其電極材料的最新研究進(jìn)

2、展，并制備了復(fù)合電極材料，利用電子掃描電鏡(SEM)對電極材料的微觀結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了分析，并采用循環(huán)伏安法(CV)、恒電流充放電和電化學(xué)阻抗譜(EIS)等技術(shù)測試其電化學(xué)性能。全文主要內(nèi)容概括如下： (1)以玻璃碳電極(GC)為基底，首次采用電化學(xué)法與化學(xué)法相結(jié)合成功的制得了聚吡咯/聚苯胺(PPy/PANI)復(fù)合電極，用SEM對復(fù)合電極材料的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了表征，結(jié)果顯示兩種導(dǎo)電高分子的尺寸為納米級，纖維狀結(jié)構(gòu)的PANI為100

3、～200nm，PPy為顆粒狀，其粒徑為～250nm。整個電極呈多孔滲水結(jié)構(gòu)。通過CV分析，復(fù)合電極在0.5MPTS+0.5MH2SO4中具有最好的電化學(xué)活性，不但具有最為明顯的氧化還原峰、而且其CV曲線還關(guān)于i=0呈理想的鏡像對稱，因而具有良好的可逆性，適宜用作電化學(xué)超級電容器的電極材料。EIS結(jié)果顯示，復(fù)合電極具有較小的接觸電阻(Rs)～8Ω，但其傳質(zhì)電阻(Rct)較大。恒電流充放電結(jié)果顯示復(fù)合電極材料在0.5mA/cm-2的電流密度

4、下比電容高達(dá)～591.7F/g-1。 (2)以玻璃碳電極(GC)為基底，用電化學(xué)法在硫酸中制得PANI/GC電極。利用SEM對其進(jìn)行形貌分析，發(fā)現(xiàn)PANI為纖維狀三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，尺寸為400～500nm，且纖維狀物質(zhì)表面還沉積著一些微粒結(jié)構(gòu)的PANI。在不同電解液中，通過CV對PANI進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)在高掃速時，PANI在0.5MPTS中的電化學(xué)性能反而比在0.5MH2SO4中的更為優(yōu)越。且該P(yáng)ANI在0.5MPTS中的比電容為～4

5、31.8F/g-1，庫倫效率高達(dá)95.6％。由EIS可知，在PTS中PANI的接觸電阻～2.2Ω，同時具有較小的傳質(zhì)電阻7.877Ω，且時間常數(shù)為ms級，能對電化學(xué)反應(yīng)快速做出響應(yīng)。以上結(jié)果說明PANI更適合在0.5MPTS電解液中做超級電容器的電極材料。 (3)以大比表面積的活性炭電極(AC)為基底，采用電化學(xué)法在AC上沉積一層PANI制得PANI/AC復(fù)合電極。通過SEM可知活性炭的尺寸為～12μm，導(dǎo)電乙炔黑為～80nm，

6、乙炔黑很均勻的分散在活性炭周圍。沉積在AC電極上的PANI尺寸為～100nm，呈纖維狀三維多孔滲水結(jié)構(gòu)，在纖維狀PANI上有許多PANI小顆粒。進(jìn)一步的電化學(xué)CV測試，說明AC電極曲線呈“矩形”，而PANI/AC復(fù)合電極的曲線有明顯的氧化還原峰，且AC電極的循環(huán)穩(wěn)定性比PANI/AC復(fù)合電極要穩(wěn)定。恒電流充放電技術(shù)證實(shí)PANI/AC復(fù)合電極的比電容為～950F/g-1比在相同電流密度下AC電極的～538F/g-1提高了76％，且它們的庫