【摘要】：儲(chǔ)能設(shè)備在現(xiàn)代社會(huì)中具有十分重要的地位,日益普及的便攜電子設(shè)備和電動(dòng)汽車等對(duì)儲(chǔ)能設(shè)備的性能提出了較高要求。超級(jí)電容器由于其功率密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)近年來(lái)受到廣泛關(guān)注。而電極材料是影響超級(jí)電容器能綜合性能的重要因素。聚吡咯(PPy)作為具有贗電容性能的電極材料,由于其高導(dǎo)電性,低成本和較好的氧化還原可逆性而受到廣泛關(guān)注。本文分別以化學(xué)氧化還原法和電化學(xué)沉積法制備了聚吡咯及其復(fù)合材料并探究了其形貌結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性能。主要內(nèi)容及結(jié)論如下:(1)通過(guò)化學(xué)氧化法以不同的條件制備聚吡咯氣凝膠。以光學(xué)照片結(jié)合SEM圖像分析,可以得出,當(dāng)吡咯與六水氧化鐵質(zhì)量比為1:1,且吡咯、六水氯化鐵以及鹽酸濃度分別為50 mg/mL、50 mg/mL和0.75 mg/mL時(shí),為最佳制備條件。聚吡咯氣凝膠是由納米球粒子相互連接堆疊,形成內(nèi)部豐富多孔的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。1 A/g的電流密度下聚吡咯氣凝膠的比電容可達(dá)140.5 F/g。此外,當(dāng)電流密度增加到20 A/g時(shí),聚吡咯氣凝膠電極的比電容為90.4 F/g,其保持率為64.3%,具有良好的倍率性能。(2)以三聚氰胺制備石墨相氮化碳(g-C_3N_4)納米片,再與吡咯及氧化劑混合反應(yīng)制備g-C_3N_4@PPy氣凝膠。g-C_3N4@PPy氣凝膠既保持了聚吡咯氣凝膠的三維多孔網(wǎng)絡(luò)的形貌,又有層狀的g-C_3N_4納米片分布其中。電流密度為1 A/g時(shí),g-C_3N_4@PPy電極質(zhì)量比電容高達(dá)564.6F/g,明顯高于PPy電極(140.5 F/g)。這是由于g-C_3N_4的引入使氮的含量增加,改善了材料的電子供體性能和潤(rùn)濕性,提升了離子與電子的傳輸效率。結(jié)合聚吡咯提供的較大贗電容,有效地提升了電極的綜合電化學(xué)性能。將g-C_3N_4@PPy電極與活性炭電極組裝成扣式超級(jí)電容器,在功率密度為600 W/kg時(shí),其能量密度為11.4 Wh/kg。(3)分別在稀硫酸、稀鹽酸、高氯酸鋰溶液的不同支持電解質(zhì)條件下,通過(guò)不同的電化學(xué)沉積法,在泡沫鎳上制備聚吡咯膜。比較不同條件下制備的聚吡咯膜的形貌結(jié)構(gòu)與電化學(xué)性能。得出以稀硫酸為支持電解質(zhì)時(shí),通過(guò)兩相電化學(xué)沉積法制備的聚吡咯膜(PPy-S2)的性能最佳。其形貌類似于苦瓜的表面,具有大量鋸齒狀結(jié)構(gòu),增大了比表面積。而單相法以稀硫酸為電解質(zhì)制備的樣品(PPy-S1)的表面為球狀聚集結(jié)構(gòu),比表面積較小。PPy-S2與PPy-S1電極在1 A/g時(shí)的比容量分別為773.6 F/g和266.4 F/g。在5 A/g的電流密度下循環(huán)1000次后,PPy-S2電極的容量保持率為90.3%。
【學(xué)位授予單位】：江蘇科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TQ317;TM53

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本文編號(hào)：2626960