【摘要】：超級(jí)電容因具有高功率密度、快速的充放電速率、優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性能受到了廣泛的關(guān)注和研究。聚苯胺由于其高比電容、低密度、低成本、電導(dǎo)率可調(diào)控、易制備和環(huán)境友好等特點(diǎn),被認(rèn)為是最有潛力的超級(jí)電容材料之一。但提高其循環(huán)穩(wěn)定性和能量密度仍是目前面臨的重要挑戰(zhàn)。本論文針對(duì)聚苯胺超級(jí)電容材料,以提高導(dǎo)電聚苯胺電極材料的比容量、循環(huán)穩(wěn)定性和能量密度為目的,通過(guò)選擇工藝簡(jiǎn)便易于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的制備方法,制備聚苯胺納米材料、聚苯胺基復(fù)合材料并將聚苯胺電極材料作柔性超級(jí)電容器的應(yīng)用,對(duì)其形貌、結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能進(jìn)行了研究。本文的主要工作包括以下幾個(gè)方面:(1)使用硫酸做摻雜酸,過(guò)硫酸銨為氧化劑,利用無(wú)模板的自組裝法,制備了納米形貌的聚苯胺電極材料。研究了硫酸與苯胺單體不同摩爾比對(duì)材料的性能的影響。硫酸與苯胺單體摩爾比為10:1時(shí),得到了形貌規(guī)則均一的納米棒狀結(jié)構(gòu)。其電導(dǎo)率可以達(dá)到6.65 S/cm~(-1),在1 A/g的電流密度下比電容可以達(dá)到449.1 F/g,1000次循環(huán)充放電后比電容剩余初始量的75.15%,在功率密度為500 W/kg時(shí),能量密度為62.38Wh/kg;在功率密度提高至5000 W/kg,能量密度仍能達(dá)到41.94 Wh/kg。(2)通過(guò)簡(jiǎn)單的原位氧化聚合法,在石墨相氮化碳表面原位聚合聚苯胺,制備了納米花狀的聚苯胺/石墨相氮化碳復(fù)合材料。石墨相氮化碳的引入,提高了電極材料的比電容和循環(huán)穩(wěn)定性,在1 A/g的電流密度下,其比電容達(dá)到584.3 F/g,在1000次的恒電流充放電循環(huán)后,其比電容剩余初始量的81.91%。在功率密度為500 W/kg的條件下,能量密度可以達(dá)到81.15 Wh/kg;在功率密度提高至5000 W/kg的條件下,其能量密度可以達(dá)到51.94 Wh/kg。(3)在聚苯胺/石墨相氮化碳復(fù)合材料的基礎(chǔ)上,利用聚苯胺自身的還原性,制備了銀/聚苯胺/石墨相氮化碳復(fù)合材料三元納米復(fù)合材料。在1 A/g的電流密度下,其比電容可以達(dá)到753.7 F/g,且在1000次循環(huán)充放電后,比電容剩余初始值的84.43%。在功率密度為500 W/kg時(shí),能量密度為104.68 Wh/kg;在功率密度提高至5000 W/kg,能量密度仍能達(dá)到68.98 Wh/kg。(4)使用交聯(lián)聚乙烯醇-硫酸凝膠作為柔性電解液,在其表面原位聚合聚苯胺電極材料,并使用納米Ag顆粒進(jìn)行修飾,制備了銀/聚苯胺-聚乙烯醇柔性超級(jí)電容材料。在0.2 mA/cm~2的電流密度下,其面積比電容可以達(dá)到231 m F/cm~2。在1 mA/cm~2的電流密度下進(jìn)行3000次循環(huán)充放電后,其比電容剩余初始值的百分之88.3%。在功率密度為200、500、1000μW/cm~2的條件下,能量密度分別可以達(dá)到32.08、26.8、20.22μWh/cm~2。
【圖文】：

景及意義(Background and Significance)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人類(lèi)對(duì)于化石能源的需求量越來(lái)環(huán)境污染等后果也越來(lái)越嚴(yán)重。開(kāi)發(fā)綠色能源已經(jīng)成為一于太陽(yáng)能、風(fēng)能等屬于間歇性能源，在接入電網(wǎng)或者供用設(shè)備中，因此，這些可再生能源的有效利用就依賴(lài)于高鉛電池、鋰電池等化學(xué)電池，因具有比較高的能量密度被池使用壽命較短，也無(wú)法在大電流條件下工作，廢棄后處染，因此我們迫切地需要開(kāi)發(fā)出一種高效低廉、環(huán)境友好。在許多應(yīng)用領(lǐng)域，，如混合動(dòng)力汽車(chē)、移動(dòng)設(shè)備，需要超。另外在許多電子器件的應(yīng)用中，如柔性電源等，高性能應(yīng)用前景。因此，能量密度和功率密度介于傳統(tǒng)介質(zhì)電容受到越來(lái)越廣泛的關(guān)注。容器概述（An overview of supercapacitors）

能量和比功率對(duì)比圖[1]，超級(jí)電容器介于傳統(tǒng)梁作用：具有比靜電電容器更高的能量存儲(chǔ)能更大的功率輸出效率（比功率）。的工作原理和分類(lèi)儲(chǔ)能機(jī)理不同可以分為雙電層電容器和法拉第分為碳超級(jí)電容器、金屬氧化物超級(jí)電容器和理如下所述。層電容器的工作原理主要建立在德國(guó)物理學(xué)家亥姆霍茲提出的界面插入兩個(gè)電極，并在兩電極之間施加一個(gè)小的正、負(fù)離子就會(huì)在電場(chǎng)的作用下會(huì)迅速向密的雙電層。當(dāng)兩電極與外電路連通時(shí)，電極流，同時(shí)電容器電極與電解液界面上的離子遷充放電原理[3]。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TB33;TM53

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 李新貴;孫晉;黃美榮;;聚苯胺/金屬納米粒子復(fù)合物的制備及性能[J];化學(xué)進(jìn)展;2007年05期

2 張治安,鄧梅根,胡永達(dá),楊邦朝;電化學(xué)電容器的特點(diǎn)及應(yīng)用[J];電子元件與材料;2003年11期

本文編號(hào)：2679979