高性能聚苯胺-石墨烯复合超级电容器电极材料

摘要

超级电容器是一种高功率密度的储能装置，具有广阔的应用前景。聚苯胺-石墨烯复合材料作为一种赝电容材料，因为其比电容大，制备方法简便，所以在超级电容器领域获得广泛的关注。但目前这类材料的倍率性能还不能满足需求。本论文从材料微观结构出发，设计制备出了两种新的同时具有高比容量和高倍率性能的聚苯胺-石墨烯复合材料，探索了微观结构与电容性能之间的关系。本文的具体研究内容和主要结果如下:
　　通过控制实验条件，在石墨烯凝胶基底上电化学聚合苯胺制备得到聚苯胺-石墨烯相分离复合材料，其中聚苯胺分布于多孔石墨烯凝胶基底之外。系统的分析研究了聚苯胺-石墨烯相分离复合电极材料的电化学性能，发现其同时具有高比容量和高倍率性能。机理研究表明，位于石墨烯凝胶基底之外的聚苯胺具有很高的倍率性能，而石墨烯凝胶基底内部的聚苯胺倍率性能较差。其原因在于石墨烯对扩散的阻碍作用，以及后沉积聚苯胺对凝胶内部狭缝状孔道的阻塞。
　　以聚苯胺有机溶液与氧化石墨烯水溶液的混合溶液为原料，一步化学还原组装法制备出了聚苯胺-石墨烯复合凝胶。详细研究了聚苯胺和氧化石墨烯在混合溶液中的组装和还原过程，并表征了形成凝胶的结构。该凝胶具有石墨烯二维纳米片所组装而成的三维多孔框架，聚苯胺均匀分布在此框架上。此种共沉积形成凝胶的方法，可以避免类似后沉积聚苯胺对孔道的阻塞。因此复合凝胶具有很高倍率性能和较大的比电容。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 超级电容器发展概述

1．1．1 超级电容器发展简史

1．1．2 超级电容器原理

1．2 超级电容器电极材料

1．2．1 碳

1．2．2 过渡金属氧化物

1．2．3 导电聚合物

1．2．4 复合材料

1．3 聚苯胺-石墨烯复合电极材料

1．4 课题的提出及论文主要内容

1．4．1 课题的提出

1．4．2 本文的主要内容

第二章 相分离聚苯胺-石墨烯复合材料用作高倍率性能超级电容器电极

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 主要试剂和原料

2．2．2 聚苯胺-石墨烯复合材料的制备

2．2．3 测试表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 PANI-CCG相分离复合材料的制备与表征

2．3．2 PANI-CCG相分离复合材料的电化学性能

2．3．3 PANI-CCG相分离复合材料高倍率性能的机理

2．4 本章小结

第三章 聚苯胺-石墨烯复合凝胶用作高倍率性能超级电容器电极

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 主要试剂和原料

3．2．2 聚苯胺-石墨烯复合水凝胶的制备

3．2．3 测试表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 聚苯胺-石墨烯复合凝胶的制备

3．3．2 聚苯胺-石墨烯复合凝胶的表征

3．3．3 聚苯胺-石墨烯复合凝胶的电容性能

3．4 本章小结

第四章 结论

参考文献

硕士期间发表的学术论文

致谢