导电聚合物电容性能研究

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1、导电聚合物电容性能研究姓名：高雷学号：20075040007单位：物理电子工程学院专业：物理学指导老师：罗永松职称：副教授摘要：本文主要概述了导电聚合物的基本情况，然后主要研究了聚吡咯和聚苯胺的电容性能，最后分析了导电聚合物在超级电容器上的应用前景及存在的问题。关键词：导电聚合物；聚吡咯；聚苯胺；电容性能TheresearchaboutcapacitiveperformanceofconductingpolymersAbstract：Thispapermainlysummarizesthebasicofconductingpolymers，the

2、nstudiedonthecapacitivepropertiesofpolypyrroleandpolyaniline，finally，theapplicationandproblemsofconductingpolymerswereinvesigatedatsupercapacitors.Keywords：Conductingpolymers；Polypyrrole；Polyaniline；Capacitiveperformance1引言高分子一直被视为绝缘材料，直到20世纪70年代人们才发现高分子也具有导电功能[1]。从此聚合物导电性能的研

3、究成为了一个热门领域，并取得了较大的进展。瑞典皇家科学院宣布将2000年诺贝尔化学奖[2]授予在导电聚合物这一新兴领域做出了开创性工作的三名科学家，可见对导电聚合物研究的重要性。导电聚合物是指通过掺杂等手段，能使得电导率在半导体和导体范围内的聚合物。常见的导电聚合物材料有聚吡咯(PPY)、聚苯胺(PANI)、聚噻吩(PTP)[3]等。导电聚合物材料可以分为结构型和复合型两大类。它的突出优点是既具有金属和无机半导体的电学和光学特性，又具有有机聚合物柔韧的机械性能和可加工性，还具有电化学氧化还原活性。这些特点决定了导电聚合物材料将在未来的有机光电子器

4、件和电化学器件的开发和发展中发挥重要作用。导电聚合物作为具有广阔应用前景的新型材料，从出现开始人们就针对它进行了很多的研究。导电聚合物被用作超级电容器的电极材料是近年来才发展起来的，但导电聚合物的出现，为电容器电极材料提供了一种更好的选择[4]，由于12导电聚合物做超级电容器的电极材料具有很大的优越性，因此引起了人们极大的注意，在对导电聚合物的研究中，对其电容性能研究是很重要的，本文就将着重探讨一下聚吡咯和聚苯胺这两种导电聚合物的电容性能。2聚吡咯电容性能研究2.1聚吡咯概述聚吡咯(PPy)是发现较早并经过系统研究的导电聚合物之一，具有容易合成、

5、导电率高、稳定性较好等优点。又由于它具有良好的法拉第电容器性质和易掺杂的特性，因此成为了一种广泛使用的电容器电极材料，一直是导电聚合物电容器研究的热点。PPy的充放电过程实际上是其掺杂与脱掺杂的过程[5]，PPy处于掺杂状态时，具有良好的导电能力；PPy处于脱掺杂状态时，其质子和电子传导能力较弱，为了克服这一缺点，选择适当的掺杂剂将有助于改变复合电极整体的性能。1968年，dallolio[6]发现在吡咯的稀硫酸溶液中使阳极氧化，在铂电极上得到一种黑色膜状聚合物，电导率为8s/㎝，首次用电化学法制得了聚吡咯。后来又经过人们的研究其电导率已经能够到

6、达100s/㎝以上。2.2聚吡咯的电容性能研究不同的导电聚合物需要不同的聚合方法，一般来讲，导电聚合物的合成可分为化学法和电化学法两大类[7]。聚吡咯的合成[8]：根据文献所述的方法，0℃下将FeCl3·6H2O(2.365g,8.75mmol)加入到50ml，1mol/L的盐酸溶液中，然后搅拌。30min后，将反应所得的产物过滤，产物先用去离子水洗，再用乙醇洗，最后用丙酮洗，洗涤后的产物在50℃干燥12h，即可得到黑色的聚吡咯粉末。2.2.1恒流充放电测试在本试验中我们采用充放电测试[9]，是在恒定的电流下，测试电极材料的充放电能力。研究发现，

7、当以过硫酸铵或者FeCl3作氧化剂，盐酸为掺杂剂，吡咯：氧化剂为2：1时得到的聚吡咯材料。颗粒度达到了0.3μm数量级，颗粒表面呈凸起状且有大量微孔结构。这有利于电解液在电极表面的扩散，而且增大了电解液和活性物质的接触面积，使得活性物质有较高的利用率。在恒流充放电测试中分别以8mA/㎝2、10mA/㎝2和12mA/㎝2的电流密度，考察了PPY电极的恒流充放电性能，首次充放电曲线如下图1所示。12图1不同电流密度下PPY电极的首次恒流充放电曲线[10]图1中，由于质子和溶液中的阴离子在聚合物电极中的掺杂，脱掺杂发生了氧化还原反应，存在法拉第准电容，

8、充放电曲线都不是理想的线性三角波形。从图1可知，随着充放电电流密度增大，充放电时间相应缩短，PPY电极的比电容下降。单电极的比电容(Cs