聚苯胺多孔炭复合材料的制备及其电化学性质研究

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1、北京化工大学硕士研究生学位论文摘要作为超级电容器电极材料，多孔炭具有导电性高和循环稳定性好的特点，但比容量偏低；聚苯胺具有很高的比电容量、但循环稳定性较差。为此，将聚苯胺(PAn)和多孔炭复合，有望得到电导率高、比电容大和循环稳定好的超级电容复合储能材料。本实验以苯胺单体为原料，采用原位溶液聚合的方法，分别制备聚苯胺与三种多孔炭的复合材料，即活性炭(AC)、有序介孔炭(OMC)和炭气凝胶(Ag)的复合材料——蝴MC、PAn／AC和PAn／Ag，利用XRD、SEM、TEM、HRTEM、TG／DSC、FT-IR等现代分析手段研究了材料的形态结构，并与合成参数及其应用性能相关联；使用电导率测试、循

2、环伏安(Cv)测试、交流阻抗测试和充放电测试等手段分析复合电极材料的电化学性质。对于PAn／AC复合材料，结果表明：复合材料具有高的热稳定性，电极反应可逆性较好，活性炭含量达到20％时电导率最高；电极的储能机理是复合储能，比电容高达400F／g。PAn／OMC复合电极材料的电容由双电层电容和赝电容两部分组成，有序介孔炭含量为30％时PAn／OMC显示出最高的比容量(为895F／g)；当有序介孔炭所占比例提高到50％时，电容器的大电流和循环稳定性能达到最佳。对于PAn／Ag复合材料，当Ag含量为20％时，比电容高达658F／g，远高于相同比例的PAn／AC和PAn／OMC复合材料，值得深入研究

3、。北京化工大学硕士研究生学位论文关键词：聚苯胺，活性炭，有序介孔炭，炭气凝胶，超级电容器，复合材料Ⅱ北京化工丈学硕士研究生学位论文ABSTRACTAstheelectrodematerialofsupercapacitor,porouscarbonhashighelectricconductivityandcyclicstability．Butthespecificcapacityismuchlowerthanthatofmetaloxidesandconductivepolymers．Polyanilinelectrodeshowshigherspecificcapacitance,but

4、thecyclicpropertyisworse．BycombiningPAnandporouscarbon,anewkindofcompositeelectrodematerialwithhigherconductivityandspecificcapacitancefitswellasbetterstabilitywillbeobtained．Thecapacitanceconsistsofdoublelayercapacitanceandredoxcapacitance．InthisexperimenLPAn-porouscai-boncompositesWerepreparedvia

5、thein—situsolutionpolymerizationofaniline011carbonmaterials．Threekindsofporouscarbol坫，i．c．，activecarbon(AC)'carbonaerogels(Ag)andorderedmesoporouscarbon(OMC)werechosenasthecrbonmatrix．ThemorphologiesandstructuresofthesematerialsWerecharacterizedbyXRD，FE-SEM,TEM,HRTEMandFT-IRmeasurements．Therelation

6、shipamongsynthesismethods，structuresofthederivedmaterialsandtheelectrochemicalperformanceswerefounded．CV,&viceofelectricalresistivityandconstantcurrentcharge／dischargeWb—fCusedtostudytheelectrodematerials’electrochemicalproperties．ForPAn／ACcompositematerial，theresultsindicated：Thestabilityandrevers

7、ibilityoftheelectrodematerialsarebetter．ThecapacitancesIll北京化工大学硕士研究生学位论文consistofdoublelayercapacitanceandredoxcapacitance．Whentheactivecarboncontentis20％thecomposite’sconductivityattainedthehighestvalueof