發(fā)布時(shí)間：2017-08-10 06:35

  本文關(guān)鍵詞：利用廢舊電池粉制備導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料及其電化學(xué)性能研究

  更多相關(guān)文章： 超級電容器 廢舊電池粉 石墨烯 導(dǎo)電聚合物 復(fù)合材料

【摘要】：超級電容器作為新型儲能設(shè)備,因?yàn)榫哂休^高的能量密度和功率密度、好的循環(huán)穩(wěn)定性、快速充放電速率以及操作安全的優(yōu)點(diǎn),而得到了廣泛研究和應(yīng)用。為了提高超級電容器的性能參數(shù),人們使用了不同材料作為超級電容器的電極材料并測定了電極材料的電化學(xué)性能。其中,聚吡咯和聚苯胺是研究最多的導(dǎo)電聚合物電極材料;二氧化錳是性能較好的金屬氧化物;石墨烯因?yàn)楠?dú)特的結(jié)構(gòu)可以作為其他材料的基質(zhì)和模板,提高復(fù)合材料的電化學(xué)性能。近年來,由于廢舊干電池的大量丟棄對環(huán)境和人體健康造成了危害,利用廢舊干電池制備高收益的功能性材料成為研究熱點(diǎn)。廢舊電池粉的主要成分是二氧化錳和石墨粉。因此,可以利用廢舊電池粉制備導(dǎo)電聚合物基復(fù)合材料,并應(yīng)用在超級電容器中。本文概述了超級電容器的儲能原理、電極材料、聚吡咯、聚苯胺和導(dǎo)電聚合物基復(fù)合材料以及廢舊干電池的回收利用現(xiàn)狀和研究進(jìn)展。我們以廢舊電池粉作為原料,氧化制備了聚吡咯和聚苯胺的復(fù)合材料,并考察了不同反應(yīng)條件對產(chǎn)物的形貌、產(chǎn)率、電導(dǎo)率和電化學(xué)性能的影響情況。具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括以下三部分:(1)以廢舊電池粉中的二氧化錳作為氧化劑,吡咯作為單體,通過原位化學(xué)氧化聚合方法制備了石墨粉/聚吡咯(G/PPy)和石墨粉/二氧化錳/聚吡咯(G/MnO2/PPy)復(fù)合材料。實(shí)驗(yàn)考察了不同的鹽酸濃度、二氧化錳/吡咯摩爾比、摻雜劑對甲苯磺酸鈉/吡咯(p-TSNa/pyrrole)摩爾比以及酸溶液體積對復(fù)合材料的形貌、產(chǎn)率、電導(dǎo)率和電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明,因?yàn)殡姵胤壑械腗nO2結(jié)晶度較低,比電容較低,所以G/PPy復(fù)合材料性能優(yōu)于G/MnO2/PPy復(fù)合材料的性能。當(dāng)p-TSNa/pyrrole摩爾比為1.0時(shí),制備的G/PPy復(fù)合材料的電化學(xué)性能更好。其中,G/PPy-11復(fù)合材料的比電容最高,為212 F/g,并且在循環(huán)1000圈后比電容保持89.5%,顯示了較好的電化學(xué)穩(wěn)定性。(2)以廢舊電池粉作為原料,和苯胺單體混合后在冰浴攪拌條件下制備得到了聚苯胺基二元和三元復(fù)合材料(G/PANI和G/MnO2/PANI)。實(shí)驗(yàn)選用了不同的鹽酸濃度、二氧化錳/苯胺摩爾比和酸溶液體積作為苯胺的聚合反應(yīng)條件。結(jié)果表明,1.0 mol/L鹽酸濃度下制備的G/PANI產(chǎn)物的比電容較高,而且二元復(fù)合材料的性能優(yōu)于三元復(fù)合材料的性能。其中,G/PANI-14復(fù)合材料具有最高的比電容(317 F/g)和好的循環(huán)穩(wěn)定性,循環(huán)1000圈后仍保持84.6%的比電容。(3)以第二個(gè)工作制備聚苯胺復(fù)合材料的最優(yōu)聚合反應(yīng)條件為準(zhǔn),將氧化石墨烯(GO)加入到苯胺和電池粉的反應(yīng)體系中,制備了氧化石墨烯/石墨粉/聚苯胺復(fù)合材料(GO/G/PANI)。使用水合肼對復(fù)合材料進(jìn)行還原,得到了還原氧化石墨烯/石墨粉/聚苯胺復(fù)合材料(rGO/G/PANI)。實(shí)驗(yàn)考察了GO加入量對復(fù)合材料性能的影響。電化學(xué)測試結(jié)果表明,加入GO后的GO/G/PANI復(fù)合材料和沒加GO的G/PANI復(fù)合材料相比,電化學(xué)性能有所提高;而且使用水合肼還原后的rGO/G/PANI復(fù)合材料的電化學(xué)性能進(jìn)一步提高。其中,當(dāng)GO/aniline質(zhì)量比為1:10時(shí),產(chǎn)物rGO/G/PANI-3的電化學(xué)性能最好,比電容高達(dá)421 F/g,在循環(huán)1000圈后仍保持初始值的106.6%。該工作不僅合成了高性能的超級電容器電極材料,而且為廢舊干電池的重復(fù)利用提供了新的方法。
【關(guān)鍵詞】：超級電容器 廢舊電池粉 石墨烯 導(dǎo)電聚合物 復(fù)合材料
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB33
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 前言11-31
• 1.1 超級電容器11-13
• 1.1.1 雙電層超級電容器11-12
• 1.1.2 法拉第贗電容器12-13
• 1.2 超級電容器的電極材料介紹13-15
• 1.2.1 碳材料13-14
• 1.2.2 金屬氧化物14
• 1.2.3 導(dǎo)電聚合物14-15
• 1.3 導(dǎo)電聚合物及其復(fù)合材料15-21
• 1.3.1 聚吡咯16-17
• 1.3.2 聚苯胺17-18
• 1.3.3 導(dǎo)電聚合物基復(fù)合材料18-21
• 1.4 廢舊干電池的回收利用21-23
• 1.4.1 廢舊干電池回收現(xiàn)狀21
• 1.4.2 回收方法研究進(jìn)展21-23
• 1.5 立題依據(jù)23-25
• 參考文獻(xiàn)25-31
• 第二章 利用廢舊電池粉制備聚吡咯復(fù)合材料31-47
• 2.1 引言31-32
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分32-35
• 2.2.1 原料和試劑32-33
• 2.2.2 G/PPy和G/MnO_2/PPy納米復(fù)合材料的制備33-34
• 2.2.3 表征34-35
• 2.3 結(jié)果與討論35-43
• 2.3.1 形貌和光譜分析35-36
• 2.3.2 X射線衍射分析36-37
• 2.3.3 PPy產(chǎn)率37-38
• 2.3.4 電導(dǎo)率分析38
• 2.3.5 電化學(xué)性能38-43
• 2.4 小結(jié)43-44
• 參考文獻(xiàn)44-47
• 第三章 利用廢舊電池粉制備聚苯胺復(fù)合材料47-65
• 3.1 引言47-48
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分48-51
• 3.2.1 原料和試劑48-49
• 3.2.2 G/PANI和G/MnO_2/PANI納米復(fù)合材料的制備49-50
• 3.2.3 表征50-51
• 3.3 結(jié)果與討論51-61
• 3.3.1 形貌分析51-54
• 3.3.2 PANI產(chǎn)率54
• 3.3.3 X射線衍射分析54-55
• 3.3.4 電導(dǎo)率分析55-56
• 3.3.5 比電容性能56-61
• 3.4 小結(jié)61-62
• 參考文獻(xiàn)62-65
• 第四章 利用廢舊電池粉和石墨烯制備聚苯胺三元復(fù)合材料65-82
• 4.1 引言65-66
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分66-68
• 4.2.1 原料和試劑66
• 4.2.2 氧化石墨烯(GO)和還原氧化石墨烯(rGO)的制備66
• 4.2.3 GO/G/PANI和rGO/G/PANI復(fù)合材料的制備66-67
• 4.2.4 表征67-68
• 4.3 結(jié)果與討論68-77
• 4.3.1 形貌和光譜分析68-70
• 4.3.2 X射線衍射分析70-71
• 4.3.3 電導(dǎo)率分析71-72
• 4.3.4 比電容性能72-77
• 4.4 小結(jié)77-78
• 參考文獻(xiàn)78-82
• 全文總結(jié)82-83
• 在學(xué)期間的研究成果83-84
• 致謝84

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