导电聚吡咯及其复合材料用作超级电容器电极材料的研究

摘要

本论文研究讨论了导电聚合物——聚吡咯及其复合材料在超级电容器电极材料应用方面的电化学性能。实验工作围绕聚吡咯/碳纳米管复合材料、不同形貌纯聚吡咯的制备、表面活性剂对材料形貌、电化学性能的影响及其机理、聚吡咯形貌对电化学容量的影响等方面进行了探索和讨论。通过透射电镜、电子扫描电镜、傅立叶红外光谱等测试手段，对材料表面形貌、成分进行了表征；采用循环伏安、恒电流充放电测试、四探针、交流阻抗等测试方法讨论所制备材料作为在超级电容器电极的电化学性能，特别研究了其电化学比容量储能性能。 在反应体系中，添加了表面活性剂十二烷基苯磺酸钠获得片状聚吡咯包覆碳纳米管表面的复合材料。着重研究讨论了表面活性剂在反应中静电吸附作用对材料形貌及电化学性能的影响。通过相关测试表明，十二烷基苯磺酸钠能有效地帮助吡咯单体在碳纳米管的沉积和聚合；聚合物与碳纳米管相互协同作用，大大地提高了材料的电化学容量。在有机溶剂中，复合材料的比容量达到101．1 F/g，其值远高于相同条件下制备的纯聚吡咯(25．0 F/g)。 通过界面静置法，成功获得了薄膜状聚吡咯，并就其在超级电容器材料方面的应用进行了详细地探讨。通过氧化反应，吡咯单体在有机相和水相的界面上聚合生成致密的纳米小颗粒最终形成聚吡咯薄膜。在循环伏安、恒电流充放电测试、四探针、交流阻抗的测试中，聚合物薄膜表现出了良好的电化学性能，在有机电解液中的比容量约为88．1 F/g，常温下电导率为19 S/cm，电化学放电电阻约为40Ω，而其良好的循环寿命更体现了其在电极材料领域广阔的研究和应用前景。 利用甲基橙和三氯化铁共同生成的絮状物“软模板”制备了管状聚吡咯，并初步尝试了将管状聚吡咯应用到超级电容器电极材料中。管状聚吡咯无序地排列，构建了许多空间空隙，提高了离子在放电过程中的流通性，利于提高材料的电化学性能。其比电容量约为58．0 F/g，高于一般化学法制备的颗粒状的比容量。但其对聚吡咯电容量的提高改善并不十分明显，考虑通过特殊方式使管状材料定向排列，以达到大幅度提高电容量的目的。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1超级电容器简介

1.1.1超级电容器的概述

1.1.2超级电容器的组成及分类

1.1.3超级电容器的工作原理

1.1.4超级电容器电极材料概述

1.1.5超级电容器的应用

1.1.6超级电容器的研究现状

1.2聚吡咯

1.2.1导电聚合物的概述

1.2.2聚吡咯的导电机理

1.2.3聚吡咯的聚合方法

1.2.4聚吡咯的应用

1.3碳纳米管

1.3.1碳纳米管的简介

1.3.2碳纳米管的特性

1.3.3碳纳米管的应用

1.4超级电容器的性能测试原理和方法

1.4.1恒流充放电测试原理

1.4.2循环伏安测试原理

1.5本论文设计思想

第2章实验部分

2.1实验药品

2.2实验设备

2.3超级电容器模具的设计

2.4电极的制作

2.5超级电容器的组装

2.6电解液的选择

2.7电化学性能的测试方法

第3章基于静电吸附作用制备PPy/CNTs复合材料

3.1前言

3.2实验部分

3.2.1 PPy/CNTs复合材料及纯PPy材料的制备

3.2.2成分及形貌表征

3.2.3材料电化学性能测试

3.3结果及讨论

3.3.1材料的微观形貌

3.3.2材料的电化学性能测试

3.4本章小结

第4章界面静置法制备聚吡咯薄膜及其在超级电容器上的应用

4.1前言

4.2实验部分

4.2.1 PPy薄膜的聚合

4.2.2成分及形貌表征

4.2.3 ESC的组装及电化学性能的测试

4.3结果及讨论

4.3.1红外成分分析

4.3.2微观形貌

4.3.3电化学性能测试

4.4本章小结

第5章管状聚吡咯的制备及在超级电容器上的应用

5.1前言

5.2实验部分

5.2.1管状PPy的制备

5.2.2颗粒状PPy的制备

5.2.3形貌表征

5.2.4 ESC的组装和电化学性能测试

5.3结果及讨论

5.3.1两种PPy材料的微观形貌

5.3.2电化学性能测试

5.4本章小结

第六章结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文