導電高分子修飾活性炭電極的制備與電化學性能研究.pdf

1、超級電容器是一種介于普通電容器和蓄電池之間的儲能器件，超級電容器優(yōu)越的性能使其在許多場合有著獨特的應(yīng)用優(yōu)勢，發(fā)揮著不可替代的作用。對超級電容器的研究和應(yīng)用越來越受到人們的關(guān)注。
　　 電極材料是影響電容器的關(guān)鍵因素。本文制備了活性炭電極，聚苯胺/活性炭電極，聚2，5-二羥基苯胺/活性炭電極。并通過掃描電子顯微鏡，循環(huán)伏安、恒流充放電技術(shù)、交流阻抗技術(shù)對電極的形貌和電化學特性進行了分析。主要內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　 1.活性

2、炭電極的制備與表征
　　 研究了活性炭電極的制作工藝，制備了活性炭電極?；钚蕴侩姌O的循環(huán)伏安曲線呈現(xiàn)“矩形”特征；活性炭電極的充放電曲線均為線性；EIS表明：活性炭電極的接觸電阻約為2.5Ω，傳質(zhì)電阻約為1Ω;電流密度為3mA·cm-2時，活性炭電極的比電容為285.6F·g-1;在電流密度為10mA·cm-2時，為3mA·cm-2時的63.9％；150次循環(huán)后，活性炭電極的比容幾乎沒變化。
　　 2.聚苯胺/活性炭電極

3、的制備與表征
　　 以制備性能優(yōu)異的高比容聚苯胺/活性炭(PANI/AC)電極為目的，我們通過不同方法，在活性炭電極上沉積了一層PANI膜，制備了復合電極，并進行了電化學性能研究。
　　 (1)循環(huán)伏安法制備聚苯胺/活性炭電極（-0.2V-0.8V，7圈），SEM表明：聚苯胺形貌為直徑100nm的納米棒，整體呈現(xiàn)三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；循環(huán)伏安曲線上有明顯的氧化還原峰；充放電曲線上有明顯的充放電平臺；EIS表明：活性炭電極和復合電

4、極的接觸電阻約為2.5Ω，在0.4V時，復合電極的傳質(zhì)電阻比活性炭電極要小，進一步證明了聚苯胺有較好的導電性；在電流密度為3 mA.cm-2時，電極的比容高達758.53F·g-1，比活性炭電極提高約1.7倍。復合電極的大電流充放電性能也得到改善。電流密度為3 mA·cm-2時，在400個循環(huán)時，電極的比容保持了82.01％;電流密度為5mA·cm-2時，600個循環(huán)時，電極的比容為初始比容的83.42％。
　　 (2)循環(huán)伏安

5、法制備聚苯胺/活性炭電極（-0.2V-0.9V，4圈），循環(huán)伏安曲線上有明顯的氧化還原峰；充放電曲線上有明顯的充放電平臺；阻抗結(jié)果表明，復合電極的接觸電阻約為2.7Ω，在0.4V時，復合電極的傳質(zhì)電阻反而比活性炭電極要??；在電流密度為3mA·cm-2時，電極的比容高達781.69F·g-1，比活性炭電極提高約1.7倍，但是電極的大電流充放電性能沒有得到明顯改善，有待進一步改進。電流密度為3 mA·cm-2時，經(jīng)過410個循環(huán)后，電極的比

6、容保持了67.15％，可能是因為高電壓下制備的聚苯胺可逆性不好，在反復充放電過程中，降解的快，電極的比容下降較快。循環(huán)穩(wěn)定性有待進一步提高。在電流密度為5 mA·cm-2時，經(jīng)過350個循環(huán)后，電極的比容為初始比容的95.5％。
　　 (3)恒電位法制備聚苯胺/活性炭電極，SEM表明聚苯胺呈現(xiàn)直徑約為100nm納米棒狀結(jié)構(gòu)；循環(huán)伏安表明PANI/AC電極有明顯的氧化還原峰，與循環(huán)伏安法制備的活性炭電極相比，恒電位法制備的復合電極

7、的曲線變形較為嚴重；恒流充放電曲線有明顯的充放電平臺；EIS表明，既使在0.4V時，復合電極的傳質(zhì)電阻比活性炭電極大。在電流密度為3mA·cm-2時，復合電極的比電容為473.52F·g-1，比循環(huán)伏安法制備的電極比容小很多。在電流密度為3 mA·cm-2時，370個循環(huán)時，為初始比容的71.8％。在電流密度為5mA·cm-2時，經(jīng)過290個循環(huán)后，電極的比容為初始比容的82.0％。循環(huán)穩(wěn)定性有待進一步提高。
　　 3.聚2，5

8、-二羥基苯胺/活性炭電極的制備與表征
　　 (2)通過化學氧化法合成了聚2，5-二羥基苯胺粉末(PDHA)，首次將PDHA與活性炭、炭黑、聚偏氟乙烯(PVDF)混合，采用活性炭電極制備工藝，制備了聚2，5-二羥基苯胺/活性炭(PDHA/AC)電極。CV測試表明，復合電極有較高的背電流，氧化還原峰明顯；恒流充放電測試表明有明顯的充放電平臺；EIS測試表明0.4V時電極的傳質(zhì)電阻最小，與CV和恒流充放電測試一致。在電流密度為5mA·

9、cm-2，經(jīng)過700個循環(huán)后，電極的比電容較初始比容幾乎沒衰減。電流密度為10 mA·cm-2時，直至572個循環(huán)，復合電極的比容為初始比容的75.75％。
　　 (2)首次采用電化學方法，在活性炭表面上成功制備了一層PDHA膜，SEM表明納米纖維PDHA相互纏繞形成三維網(wǎng)絡(luò)形貌，CV測試時有較高的背電流，有明顯的氧化還原峰，恒流充放電測試時，有明顯的充放電平臺：EIS表明復合電極和活性炭電極的接觸電阻約為2.8Ω，在0.4V時