超级电容器用聚苯胺活性炭复合电极材料的研究

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1、北京化工大学硕士研究生学位论文超级电容器用聚苯胺／活性炭复合材料的研究摘要超级电容器是近年来出现的一种新型能源器件，性能介于传统电容器和电池之间，具有高能量密度、高功率密度、循环寿命长、污染小等特点。根据储能原理，超级电容器可分为双电层电容和法拉第电容，电极材料包括碳材料、金属氧化物和导电聚合物。本文以过硫酸铵(APS)为氧化剂，采用苯胺在活性炭表面原位聚合方法，制备了聚苯胺／活性炭复合物，考察了聚合工艺条件(包括苯胺与氧化剂以及苯胺与活性炭的比例、酸度、锂盐等)对聚苯胺／活性炭复合材料的电极性能的影响。分别采用：SEM观察所制得的复合材料表面形貌；红外光谱观察

2、了复合材料的结构；XRD测试了复合材料的微晶结构；在6mol·L。1KOH电解液中，以汞／氧化汞为参比电极对复合材料进行了循环伏安、恒流充放电、交流阻抗等电化学性能的测试。试验结果表明：在活性炭与苯胺摩尔比较小时，随着氧化剂量的增加，苯胺转化率逐渐提高，制得复合材料的电容特性却显著下降；在保持苯胺与氧化剂摩尔比不变时，提高活性炭与苯胺的配比，可以一方面提高苯胺转化率，另一方面提高聚苯胺／活性炭复合材料比电容值，当活性炭：苯胺：过硫酸铵=7：l：1时，苯胺收率达到95％以上，制得电极材料的比电容值由纯活性炭的239F·g-1提高到409F-91，提高近71．1％；

3、复合材料的电极性能与活性炭孔径的分布有很大的关系，活性炭比表面积不是影响其电极性能的主要因素。北京化工人学砸}研究生学位论文聚合过程中有添加锂盐后制备的复合电极材料的比容量有很明显的提高，由未添加锂时的372F'g-1提高到466F'g～，提高近25．3％，多次循环充放电后电容量的保留率也得到显著的提高；随着反应体系酸浓度的增加，复合材料的比容量先增大后减小，当反应体系酸的浓度在2．0m01．L．1~2．5mol·LJ时，得到的复合材料的电极性能较好；复合材料的比容量随锂盐加入量的增大先增大后降低，在[Li+】=0．2mol·L．1时，所制得的复合材料电容量最高

4、。关键词：超级电容器，活性炭，聚苯胺，锂盐，比容量Ⅱ北京化工大学硕士研究生学位论文STUDYoNPOI：Y：ANⅡ，INE，ACTⅣECARBONCOMPOSITEFORSUPERCAPACITORABSTRACTThesupercapacitorisanewtypeelectrochemicalenergystoragedevicebetweenthetraditionaldielectriccapacitorandthebattery．Thesupercapacitorcanprovidehi曲energydensity,highpowerdensityan

5、dhavelongcyclelifeandlesspollution．Accordingtotheprincipleofenergy-storagetherearetwotypesofsupercapacitors：electricdouble—layercapacitorandfaradaicpseudocapacitor．Electrodematerialmainlyincludescarbonmaterial，metaloxideandconductingpolymer．Inthispaper,Polyaniline(PANI)／activecarbon(

6、AC)compositematerialsweresynthesizedbyin-s／tupolymerizationofanilineonactivatedcarbonwithammoniumpersulfate《APS)asoxidant．Wediscussedtheeffectofprocessconditionsofpolymerization(suchaSthemolarratioofanilinetoAPSandtheratioofanilinetoAC，矿concentration,lithiumsalt)OnthecapacitanceofPAN

7、I／ACcomposites．Thesurfacemorphologyandcrystalliticstructureofcompositeswereexaminedbyscanningelectronmicroscope(SEM)andX-ray111北京化T大学硕}。研究生学位论文Diffraction．ThestructureofcompositeswasanalyzedbyFT-IR．Theelectrochemicalperformancesofthecompositearetestedwithcyclicvoltammetry,charge—disc

8、hargeandelec