层层自组装法制备石墨烯/聚苯胺复合电极及其超电容性能研究

摘要

聚苯胺(PANI)因具有超高比电容最有希望成为超级电容器的电极材料，但在充放电过程中因自身体积变化引起比电容下降，较低的电导率使得PANI电极倍率性能差，温度过高会破坏PANI电极的结构，因此本文将石墨烯(RGO)与PANI通过层层自组装法制备了均匀分散的(RGO/PANI)n复合薄膜，利用 RGO超高电导率、优异的机械性能及耐热性能改善PANI存在的上述问题，然后将复合薄膜机械研磨制备成电极材料以研究其超电容性能。本文具体研究内容及结果如下：
　　以石墨为原料，采用氧化还原法制备了RGO。借助FTIR、XRD、SEM等测试方法研究了氧化剂用量、反应时间对氧化石墨烯（GO）结构的影响。确定了制备带部分羧基RGO的最优工艺为高锰酸钾与石墨的质量比为3:1，反应时间为2h，用氨水调节GO溶液的pH为8时，用水合肼还原GO。
　　基于以上研究，将因羧基电离而带负电的RGO与用盐酸掺杂得到的带正电荷PANI通过层层自组装法制备出(RGO/PANI)n复合薄膜。采用 Zate电位、SEM等测试方法研究了组装液浓度、组装时间、组装液 pH值对(RGO/PANI)n复合薄膜结构的影响。确定了制备分散性良好的(RGO/PANI)n复合薄膜的最优工艺条件为RGO组装液的pH为8， PANI组装液的pH值为4，组装液浓度均为1mg/mL，组装时间均为9min。结果表明：RGO极大地改善了PANI电极的热稳定性及导电性能，其中(RGO/PANI)20复合薄膜的导电性能最优，电导率为23S/cm，当温度为800℃时（氩气氛围），其质量损失仅为32%。
　　最后将(RGO/PANI)n复合薄膜通过机械研磨法制备成RGO/PANI复合电极材料，采用循环伏安法(CV)、恒电流充放电法、交流阻抗法(EIS)等测试方法分析了薄膜层数、扫描速率、电流密度对复合电极材料电化学超电容性能的影响。结果表明：(RGO/PANI)20复合电极的内阻较小且具有较好的超电容性能；在充放电过程中，电流密度由1A·g-1升到8A·g-1时，(RGO/PANI)20复合电极材料的比电容保持率为82%，表现出较好的倍率性能；在电流密度为1A·g-1时，(RGO/PANI)20复合电极材料经过800次循环扫描，比电容损失仅为20%，表现出良好的循环稳定性。

目录

声明

1绪论

1.1超级电容器简介

1.1 超级电容器与蓄电池传统电容器的性能比较

1.2超级电容器电极材料

1.3电极材料的制备方法

1.4本文研究的目的及意义

1.5研究内容及技术路线

2石墨烯的制备与表征

2.1实验部分

2.2结果与讨论

2.3本章小结

3层层自组装法制备石墨烯/聚苯胺复合薄膜

3.1实验部分

3.2结果与讨论

3.3本章小结

4石墨烯/聚苯胺复合电极的制备及其超电容性能研究

4.1实验部分

4.2结果与讨论

4.3 本章小结

5.结论及展望

5.1结论

5.2展望

致谢

参考文献

附录