快速电沉积制备PANI纳米材料及其电化学特性研究

摘要

电化学电容器，具有功率密度大，循环充放电次数高，性能稳定，免维护等特点。作为一种新型的电能存储装置，由于其巨大的使用价值，吸引了人们广泛的研究。其中以碳基材料为电极的双电层电化学电容器已经实现实用化，具有更大比电容的法拉第电化学电容器的实用化也在进行中。
　　 本文重点研究了导电聚苯胺作为法拉第电化学电容器电极的特性，并进行了实用化研究。采用不同的合成方法，制备出不同纳米形貌的聚苯胺电极，通过伏安循环法，交流电阻抗法，恒定电流充放电法等对电极进行电化学测试，以检验电极的性能。
　　 首先，采用分部的恒定电流法，以导电ITO为基底，制备了纳米叶状聚苯胺薄膜电极。由于电极材料的纳米形貌，使得聚苯胺能与电解质充分浸润，充分利用材料的储电能力。对电极进行1A/g的恒定电流充放电测试，计算所得数据显示聚苯胺电极具有829F/g的比电容。此外，即使在较大的电流密度下(30A/g)，电极的比电容也在536F/g左右，显示了薄膜电极具有较快的氧化还原态转变响应。
　　 以纳米叶状聚苯胺的制备方法为基础，改变聚合条件，进一步以不锈钢为基底，制备出具有直径约为100nm，膜厚65um左右的三维网状纳米纤维聚苯胺电极。对电极进行1A/g电流密度下的充放电测试，计算数据表明电极具有317 F/g的比电容值，0.33F/cm2的面积比电容。由此，使得制备实用化的高比电容法拉级电容器成为可能。此外，由于采用不锈钢为导电基底，使得电极在酸性电解质中具有较好的耐用性。
　　 采用上述纳米纤维聚苯胺电极(单片电极面积为6cm2)组装成对称式电容器。通过对电容器进行的一系列电学测试所得数据的计算表明:电容器的电容值达法拉数量级，电容器内阻为1.8Ω，在不同频率下具有极好的电容特性。在30mA的充放电电流下，1000次充放电后电容器电容值下降至原来的89％。由此表明以纳米纤维聚苯胺为电极的电容器具有较好的电学性能及一定的实际使用价值。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 电化学电容器的结构、分类及原理

1．2．1 电化学电容器的结构

1．2．2 双电层电化学电容器

1．2．3 法拉第电化学电容器

1．3 聚苯胺简介

1．3．1 聚苯胺的化学合成

1．3．2 聚苯胺的电化学合成

1．3．3 聚苯胺的分子结构

1．3．4 聚苯胺的掺杂

1．3．5 聚苯胺的导电机理

1．3．6 聚苯胺的特性及应用

1．4 本文的选题依据、研究思路及具体工作

1．4．1 本文的选题依据

1．4．2 本文的研究思路

1．4．3 本文的具体工作

第二章 测试方法及原理

2．1 场发射扫描电子显微镜FESEM

2．2 电导率测试

2．3 电化学测试

2．3．1 测试装置

2．3．2 伏安循环测试

2．3．3 交流阻抗测试

2．3．4 恒定电流充放电测试

2．3．5 多次充放电测试

2．4 对电容器进行的测试

2．4．1 对称式电化学电容器的等效电路图

2．4．2 测试内容

第三章 纳米叶状聚苯胺薄膜电极的快速电沉积制备及其电化学性能

3．1 引言

3．2 试剂，原料和实验装置

3．3 制备过程

3．4 生长机制

3．5 电极的电学性能测试

3．5．1 伏安循环测试

3．5．2 恒定电流充放电测试

3．5．3 交流电阻抗测试

3．6 本章小结

第四章 三维网状纳米纤维聚苯胺电极的电沉积制备及其电化学性能

4．1 引言

4．2 试剂，原料和实验装置

4．3 以ITO为基底的电极制备过程制备过程

4．3 生长机制

4．4 以不锈钢为基底的纳米纤维聚苯胺电极的制备过程

4．5 电极电导率的测试

4．6 电极的电学测试

4．6．1 伏安循环测试

4．6．2 恒定电流充放电测试

4．6．3 交流电阻抗测试

4．6．4 单电极性能结论

4．7 电容器的组装与测试

4．7．1 电容器的恒定电流充放电测试

4．7．2 交流电阻抗测试

4．7．3 电容器漏电测试

4．7．4 1000次恒定电流充放电测试

4．8 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 本论文的创新点

5．3 展望

参考文献

硕士期间的取得的研究成果

致谢

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