活性炭/铂/聚苯胺复合材料的制备及其电容性能研究(2)

菜单

2.2.6 苯胺收率的计算 6

2.3 材料性能检测和分析 6

2.3.1 能谱分析（EDS） 6

2.3.2 傅里叶红外光谱分析（FT-IR） 6

2.4 电极的制备 7

2.5 复合材料电化学性能的测试 7

2.5.1 恒电流充放电 7

2.5.2 循环寿命测试 8

2.5.3 循环伏安测试（CV） 8

2.5.4 交流阻抗测试（EIS） 8

3 结果与讨论 8

3.1 产品收率 8

3.2 红外光谱 9

3.3 材料表面微观形貌及能谱分析 10

3.3 恒电流充放电 11

3.4 循环伏安性能 12

3.5 交流阻抗性能 14

3.6 不同材料的电容性能综合比较 14

结论 15

参考文献 17

致谢 18

1 前言

1.1 超级电容器简介

超级电容器作为一种新型的能源器件，由于其具有高功率、充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点，在电动汽车、电动玩具、电子开关等领域有着良好的应用前景。超级电容器可分为碳电极电容器、金属氧化物电容器和导电高聚物电容器等类型，碳材料电容器利用碳材料表面形成的静双电层来完成储能，并无氧化还原反应的发生，而金属氧化物电容器和导电高聚物超级电容器主要是通过电极材料表面形成可逆的氧化还原反应来完成储能过程，这种储能方式被称为法拉第准电容。与普通双电层电容器相比，法拉第准电容具有更大的比电容，例如，对于无定型的水合氧化钌电极材料, 其面积比电容量可达到双电层电容器的100 倍[1]。但由于金属氧化物电极具有较高的制造成本和苛刻的制备工艺，从而限制了其大规模的使用。而导电高聚物超级电容器具有良好的导电性、化学稳定性及低廉的制造成本，已经成为超级电容器的热门领域之一。

1.2 电极材料的复合

自从上世纪七十年代发现首例导电高分子材料起，导电聚合物便成为了材料化学研究的热点之一。其中聚苯胺由于具有优良的导电性、化学稳定性和快速掺杂的能力被广为关注。聚苯胺是由苯胺单体聚合而成。通常聚合的方法有化学氧化法和电化学聚合法。由于氧化法合成聚苯胺虽然产率较高、反应速度快，但反应过程较难控制会产生大量的副产物。而在电化学催化苯胺聚合的反应中，反应的选择性较差，因为苯胺单体的氧化电位一般比所得聚苯胺高分子的可逆氧化还原要电位高，因此在聚合过程中可能会使聚合物链出现过氧化；单体聚合活性中心的选择性较差，几乎所有电化学聚合都存在不同程度的交联；反应完成后从电极表面转移聚苯胺的过程有可能导致产物形貌发生变化。此外，电化学聚合受电极面积制约，不利于大规模生产，所得产物的难于加工、产量小[2~3]。本文采用纳米铂颗粒催化苯胺无电聚合的方法，其反应原理是利用铂微粒表面某些微小的区域形成阴阳电极，从而使溶液中的溶解氧能够氧化苯胺聚合，其机理与化学氧化法类似，因而最后所得产物与氧化法产物红外光谱更加接近而不是电催化聚合法[4]。而本方法与氧化法相比，反应进程较慢，可以在室温下进行有利于反应的控制和跟踪观察，并且在聚苯胺中掺杂纳米铂能够改良聚苯胺的导电性。而聚苯胺经过多次充放电后，其比电容会明显下降，因此将其与活性炭复合，借此改良其循环寿命。本文采用了活性炭与铂催化聚合的苯胺进行复合，从而制备具有良好导电性能和循环寿命的电极材料。