氧化还原电解液在聚苯胺/二氧化锡超级电容器中的应用

摘要

超级电容器是近些年才兴盛起来的一种专门用于贮存能量的装置，有节能环保等优点，因此，在未来的电化学领域中将会广泛的应用。本研究工作中所使用的PANI/SnO2复合物是通过化学氧化聚合的方法制备的，采用一系列的测试手段如：扫描电子显微镜（SEM），傅里叶变换红外光谱（FTIR），X射线衍射（XRD）和恒电流充放电（GCD），循环伏安（CV），交流阻抗（EIS）对PANI/SnO2复合材料的理化性质及电化学性能进行了研究。同时，以氢醌（HQ）和Fe3+/Fe2+电对作为氧化还原活性物质溶解在1 moL L-1的H2SO4溶液中，制备了高性能的氧化还原电解液并应用于PANI/SnO2超级电容器中。主要取得如下几方面的结论：
　　1.首先采用水热法制备出球状的SnO2，再运用化学氧化聚合的方法合成了PANI/SnO2复合物。在1 moL L-1的H2SO4电解液中，0.5 A g-1电流密度下， PANI/SnO2复合材料的比容量为430 F g-1，能量密度与功率密度分别为53.8 Wh kg-1和252.8 W kg-1，这些值是纯SnO2的四倍多。经过2000次循环后，复合材料的容量保留率为85.6％。
　　2.以HQ为氧化还原活性物质溶解在1 moL L-1的H2SO4溶液中，得到了氧化还原电解液，0.5 A g-1时，PANI/SnO2超级电容器的比容量增加到了727 F g-1，比未加HQ的体系的比容量提高了297 F g-1。超级电容器的能量与功率密度也提高到90.9Wh kg-1和255 W kg-1。同时，实验证明HQ浓度的增大能提高比容量。超级电容器还表现出较好的循环稳定性，2000次循环后，容量保留率为81.2%。
　　3.在1 moL L-1的H2SO4溶液中掺入4种不同浓度的Fe3+/Fe2+电对，考察了Fe3+/Fe2+电对对PANI/SnO2超级电容器电化学性能的影响。结果表明：容量随Fe3+/Fe2+电对浓度的增加而先增加后减小，[Fe3+/Fe2+]为0.4 mol L-1时，超级电容器的性能最好。电流密度为1 A g-1时，PANI/SnO2超级电容器的容量提高了一倍多，为1172 F g-1，同时能量密度和功率密度分别达到142.8 Wh kg-1和487.1 W kg-1。此外，超级电容器还体现出极好的循环稳定性，2000次循环后，容量维持率仍高达92.2%。
　　在氧化还原电解液体系下，超级电容器的电容来源有两个部分：基于PANI/SnO2电极材料的电容和氧化还原活性物质发生的可逆的氧化还原反应得到的赝电容。因此，超级电容器性能大幅度改善。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 超级电容器简介

1.3 超级电容器电极材料研究进展

1.4 超级电容器电解液

1.5 本文选题目的、意义及主要内容

第2章 实验方法和原理

2.1 引言

2.2 实验试剂和仪器

2.3 材料的形貌、结构分析

2.4 超级电容器电极的制法及二电极体系电容器的组装

2.5 超级电容器的电化学性能测试

2.6 本章小结

第3章 聚苯胺/二氧化锡纳米复合材料的制备及其超级电容器研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第4章 HQ氧化还原电解液在PANI/SnO2超级电容器中的应用

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第5章 Fe3+/Fe2+氧化还原电解液在PANI/SnO2超级电容器的应用

5.1 引言

5.2 实验部分

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果