聚乳酸基聚苯胺柔性电极的制备及其电化学性能研究

摘要

聚苯胺（PANI）是一种非常有实际应用前景的赝电容电极材料，具有价廉、易合成、电导率高等优势。然而，它在实际应用过程中存在刚性分子链、在循环使用过程中伴随的体积膨胀和收缩致使的稳定性差等问题。随着科技的发展，便携式以及可穿戴式产品对电容器的柔性要求较高，PANI 应用于传统电容器时依赖于集流体，导致柔性不可控。本文拟通过选择具有来源广泛、良好加工性能、热性能以及耐溶剂性良好的聚乳酸（PLA）作为柔性基质，加入电导率极高的碳纳米管（CNTs）作为导电填料，再将PANI负载在表面，制备了具有优异循环稳定性、较高电导率的柔性复合电极来解决上述问题。　　首先，我们以具有优异加工性、可降解的 PLA 作为柔性基质，以聚乙二醇（PEG）作为致孔剂，以具有优异导电性的CNTs为导电填料通过涂覆形成多孔的PLA/CNTs柔性薄膜，然后将PANI负载在薄膜上制作了多孔PLA/CNTs/PANI柔性电极。在实验过程中首先讨论了各物质对成膜的影响，然后讨论了苯胺的浓度以及热处理的时间对薄膜电极的影响。在苯胺为0.1 mol/L、热处理为1 h得到了最优电极材料，其在1 A/g时具有510.3 F/g的电容，在10 A/g时仍然有80.9%的电容保持率，经过2000个循环后保持了111.5%，同时在弯折700次后仍然有93.4%的电容保持率，同时具有良好的机械强度（拉伸强度为18.7 MPa）。　　其次，我们发现了一种两步法大规模制备PANI基柔性电极的方法。先制备了形貌规整的聚苯胺纳米棒，然后将其涂布在基材上，最后在聚苯胺上涂覆预先配好的聚乳酸碳纳米管分散液，自然干燥后制备了聚苯胺基复合薄膜。最佳条件下制备的电极，在1 A/g时电容为615.0 F/g，在5 A/g时仍然有83.7%的电容保持率，2000 个循环后电容维持了 115.6%，5000 个循环后有 109.5%的电容维持率，在弯折1000次后仍然有105.6%的电容保持率，同时具有良好的机械强度（拉伸强度为16.9 MPa）。　　最后，以一种柔性PANI基复合薄膜为模型，讨论了水性电解液对柔性PANI基薄膜材料电化学性能的影响，对比电容以及稳定性做了详细研究。我们发现在含有1.1 mol/L H2SO4、0.1 mol/L Na2SO4的电解液中得到了最大的比电容。然后在酸性、中性以及混合水性电解液条件下对稳定性做了讨论，我们发现在混合电解质中取得了更好的稳定性。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 超级电容器

1.1.1 EDLCs

1.1.2 赝电容器

1.1.3 混合超级电容器

1.2 电极材料

1.2.1 碳材料

1.2.2 金属氧化物

1.2.3 导电聚合物

1.2.4 MOFs

1.2.5 COFs

1.2.6 MXenes

1.2.7 其他材料

1.3 PANI柔性SCs

1.3.1 碳基PANI柔性电极

1.3.2 聚合物基PANI柔性电极

1.3.3 其他PANI柔性电极

1.4 立题依据

参考文献

第二章 高强度多孔聚乳酸/碳纳米管/聚苯胺复合膜柔性自支撑电极材料

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 材料和试剂

2.2.2 复合膜的制备和表征

2.2.3 表征

2.3 结果与讨论

2.3.1 制备和表征P-PCP复合薄膜

2.3.2 P-PCP复合膜的电化学性能

2.3.3P-PLA/CNTs/PANI-H (P-PCP-H)复合薄膜的电化学表征

2.3.4 拉伸和柔性性能

2.4 结论

参考文献

第三章 可大规模生产的应用于柔性固态SCs的聚合物自支撑电极的简便方法

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 材料和试剂

3.2.2 PLA /CNTs/PANI复合薄膜的制备

3.2.3 分析和表征

3.2.4 电化学测试

3.3 结果与讨论

3.3.1 PLA/CNTs/PANI复合薄膜的制备和表征

3.3.2 电化学性能

3.3.3 PLA/CNTs/PANI复合薄膜电极应用于SSCs

3.4 结论

参考文献

第四章 水性电解液对柔性电极电化学性能的影响

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 材料和试剂

4.2.2 PLA/CNTs基PANI复合薄膜的制备

4.2.3 表征

4.3 结果与讨论

4.4 结论

参考文献

全文总结

在学期间研究成果

致谢