活性炭/聚吡咯复合材料的制备及其电化学性能研究(3)

菜单

1.2 超级电容器的研究背景及其应用前景

电容器的研究是从二十世纪三十年代开始的，先后经历了电解电容器、瓷介电容器、有机薄膜电容器、铝电解电容器、钽电解电容器和电化学电容器的发展。铝电解电容、钽电解电容凭借其快速充放电、可载电压范围宽、高功率等功能特性被广泛用于电子线路、计算机、电力系统等低、中、高端市场。但是，由于传统电容器的储能密度太低，已无法满足人们对化学电源日益严苛的需求，因此其应用的范围在不断的缩小。在这样的背景下，超级电容器应运而生[6]。由于电化学超级电容器的诸多优点，它已成为极具竞争力的应用选择，如混合动力汽车，数字通信设备，脉冲激光技术等 [7]。超级电容器也可用来与动力电池一起配合使用，充当大电流或者能量缓冲区，减小大电流充放电对电池伤害，以延长电池的使用寿命。同时可以通过再生制动系统将瞬间能量回收于超级电容器中，提高能量的利用率；另外超级电容器也可用于其它系统中，如作为燃料电池的启动动力源，移动通讯和计算机的电力支持等[10]。特别是在电动汽车上的应用，对其各方面性能的提高几乎是无可替代的。例如，美国能源部现已对电动车用超级电容器的开发制订了相应的发展计划，远期目标为比功率达到 1500 W/kg，比能量达到15W·h/kg[9]。文献综述

2 实验部分

2.1 仪器和试剂

仪器：FT-IR光谱仪；透射电子显微镜；CHI660B电化学工作站(上海辰华仪器厂)，769YP-24B粉末压片机（天津市科器高新技术公司）。

试剂：FeCl3、KMnO4、乙酸锰试剂、聚四氟乙烯乳液，所有溶液均采用二次蒸馏水配制。

2.2 聚吡咯（PPy）的制备

量取1mL(14.458mmol)吡咯单体和150mL去离子水置于三颈烧瓶中，混合均匀。将3.9079 g(14.458mmol)的FeCl3·6H2O配制成0.2892 mol·L-1的FeCl3水溶液50mL，作为氧化剂，接着用恒压滴液漏斗缓慢的加入到烧瓶中（控制30 min内滴完），磁力搅拌器搅拌反应。反应时将三颈烧瓶置于零摄氏度冰水浴中，反应约6小时，随后将产物真空抽滤，分别用乙醇和去离子水洗涤至滤液呈无色，最后放入真空干燥箱内80℃干燥10h，所得黑色产物即为聚吡咯（PPy）[3]。

2.3 活性炭/聚吡咯(PPy)的制备

吡咯单体经过减压蒸馏备用。配制一定浓度的KCI溶液，用0.2mol·L-1的盐酸溶液调pH≈2.3,加入一定量的活性炭粉，机械搅拌1h保证混合均匀。加入0.2mol·L-1的吡咯单体，冰浴搅拌1h使其混合均匀。配制一定浓度的过硫酸钠溶液，在搅拌的同时逐滴加入上述溶液，然后保持冰浴搅拌反应6h。反应溶液的总体积控制为100mL。

将反应完成的溶液用真空抽滤器通过0.45 的滤纸抽滤，用于离子水和无水乙醇将产物溶解超声10min后再次抽滤，反复冲洗3-4次，至洗出液无色。产物于60℃真空干燥过夜，备用[4]。

2.4活性炭/ MnO2的制备

采用化学共沉淀法，准确称取化学计量摩尔比2:3的 KMnO4（A.R.）和四水合乙酸锰（A.R.），配制成浓度分别为0.02 mol·L-1和0.03 mol·L-1溶液。活性炭经预处理后，按质量比[C/C+ MnO2]40％、60％、80％分散于KMnO4溶液中，搅拌至活性炭完全浸湿。与乙酸锰溶液相混合，强烈搅拌8小时，过滤，用去离子水多次洗涤直至滤液无色，在空气氛围80℃中烘干得到复合产物[5]。来.自/751论|文-网www.751com.cn/

2.5活性炭@聚吡咯(PPy)/ MnO2的制备

称取一定质量的活性炭沉浸在10ml乙醇加2ml的吡咯单体中，再逐滴滴加20ml 0.1 mol·L-1 KMnO4溶液，5分钟后，一层纳米结构的MnO2/PPy聚合物就会沉积在活性炭表面，接着用去离子水和乙醇洗涤活性炭@聚吡咯(PPy)/ MnO2复合物三次，最后放在60℃烘箱中持续干燥10小时，即为最终产物。