超級電容器用碳?xì)饽z及其復(fù)合材料的制備和性能研究.pdf

1、超級電容器(又稱電化學(xué)電容器),是化學(xué)電源家族中出現(xiàn)較晚的一位成員,它結(jié)合了傳統(tǒng)靜電容器的高功率和二次電池的高能量的優(yōu)點(diǎn),具有比傳統(tǒng)電容器更高的比電容,比二次電池更高的比功率。研究表明,高性能的超級電容器取決于高性能的電極材料,電極材料成為目前的研究熱點(diǎn)。本文以間苯二酚和甲醛為原料,以碳酸鈉為催化劑,用溶膠-凝膠法制備了前驅(qū)體有機(jī)凝膠,通過高溫炭化得到多孔碳?xì)饽z(CA),并對其進(jìn)行了硝酸活化處理。在此基礎(chǔ)上,制備了聚苯胺/碳?xì)饽z,聚

2、吡咯/碳?xì)饽z復(fù)合材料,以及含氮官能團(tuán)的碳?xì)饽z,并研究了其物理結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能。
　　本文用化學(xué)氧化聚合法制備了聚苯胺/碳?xì)饽z復(fù)合電極材料。用掃描電鏡(SEM)考察了復(fù)合材料的形貌,結(jié)果表明:聚苯胺均勻地沉積在碳?xì)饽z的表面,并堵塞了一些較大的孔洞。利用循環(huán)伏安、恒流充放電等測試研究了復(fù)合電極的電化學(xué)性能,結(jié)果表明,復(fù)合材料比碳?xì)饽z具有更好的電化學(xué)性能,循環(huán)伏安測得的碳?xì)饽z的比電容為143.8Fg-1,而復(fù)合材料的比電容則

3、達(dá)到710.7Fg-1。復(fù)合材料組裝成的扣式電容器在-0.2~0.8V內(nèi)有良好的循環(huán)性能,1000次循環(huán)后比電容仍然高于碳?xì)饽z的比電容。
　　通過化學(xué)氧化聚合的方法制備了不同聚吡咯含量的聚吡咯/碳?xì)饽z復(fù)合電極材料。利用掃描電鏡和透射電鏡考察了復(fù)合材料的形貌,結(jié)果表明:聚吡咯均勻包覆在碳?xì)饽z的表面。循環(huán)伏安、恒流充放電以及交流阻抗測試表明,復(fù)合材料具有比碳?xì)饽z更優(yōu)異的電化學(xué)性能。通過循環(huán)伏安測試可以得到:復(fù)合材料的比電容要高

4、于碳?xì)饽z(143.8Fg-1),當(dāng)聚吡咯的含量為35％時,復(fù)合材料的比電容達(dá)到433Fg-1。復(fù)合材料電容器的比電容在循環(huán)初期有一定的衰減,500次循環(huán)后比電容基本保持穩(wěn)定。
　　分別采用尿素和三聚氰胺對碳?xì)饽z進(jìn)行氧化處理,并在氬氣保護(hù)下,950℃炭化1h,得到了富含氮官能團(tuán)的碳?xì)饽z。通過紅外、元素分析對樣品進(jìn)行表征,分析其結(jié)構(gòu)。通過循環(huán)伏安、恒流充放電和循環(huán)壽命測試研究了其電化學(xué)性能。結(jié)果表明:U-CA和M-CA的循環(huán)伏安