基于导电聚合物的超级电容器电极材料的制备及性能研究

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1、西南科技大学研究生学位论文基于导电聚合物的超级电容器电极材料的制备及性能研究年级2012姓名雷文申请学位级别硕士专业化学指导教师何平教授ClassifiedIndex:O646.21U.D.C:544.6SouthwestUniversityofScienceandTechnologyMasterDegreeThesisPreparationandperformancesofconductingpolymersbasedelectrodematerialsforsupercapacitorsGrade:2012Candidate:LeiW

2、enAcademicDegreeAppliedfor:MasterDegreeSpeciality:ChemistrySupervisor:Prof.HePingJune8,2015独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的班究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其法人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西南科技大学或其它教育机挎的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。关于论文使用和授权的说明本人完全了解西南

3、科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文的复印件，允许该论文被查阅和借阅；学校可以公布该论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）西南科技大学硕士研究生学术论文第I页摘要超级电容器是一种新型的储能元件，它具有比传统电容器更高的能量密度以及比电池更高的功率密度。电极材料是决定超级电容器综合性能的最主要因素。导电聚合物材料具有制备工艺简单、成本较低、比容量较高和环境友好等优点，因而引起了研究人员的广泛关注。传统的化学氧化法和电化学合成法较难实现导电聚合物材料的大

4、产量制备，其制备过程中存在的众多影响因素，也较大地影响了材料的性能，限制了导电聚合物的应用范围。本论文采用界面聚合法、微乳液法制备了一系列导电聚合物材料，并对其形貌、结构以及电化学性能进行了测试并分析。具体研究内容如下：（1）采用简单的有机相/水相界面合成法，通过控制水相中CTAB的浓度，成功制备了不同形貌的PPy材料，并研究了其电化学性能的差异。结果表明，通过有效控制水相中CTAB的浓度为12.500mmolL-1时，可以得到相互缠绕的超长纳米线/纳米球型复合结构的PPy材料。相比其他形貌的PPy材料，这种特殊结构的PPy材料电化学性能

5、更好，在电流密度为0.3Ag-1时，比电容可达328.7Fg-1；在电流密度为1.0Ag-1时，经过600次充放电循环后，容量保持率达75.7%。（2）采用SDBS/正丁醇/正己烷/水微乳液体系制备了纳米粒径的PPy材料，分别研究其在浓度均为1.0mol·L-1的H2SO4、Na2SO4和KCl电解液中的电化学性能差异。结果表明，所制备的PPy材料在1.0mol·L-1H-12SO4电解液中的比电容最大，在电流密度1.0Ag时达到329.0Fg-1，远高于在Na-12SO4和KCl电解液中的比电容（156.6Fg和153.2Fg-1）。电

6、极循环稳定性测试表明，在充放电电流密度为1.0Ag-1时，经过500次充放电循环后，PPy材料在H2SO4电解液中衰减较为明显，比电容降至146.0Fg-1，容量保持率仅为44.4%，而在Na2SO4和KCl电解液中，PPy材料在循环前后容量保持率分别为98.1%和96.7%。（3）采用有机相/水相/有机相三相界面法，避免传统制备导电聚合物复合材料的冗长步骤，一步法成功制备了具有核/壳结构的西南科技大学硕士研究生学术论文第II页PPy/PANI复合材料。采用SEM、TEM、XRD、FTIR等测试手段对所制备材料的形貌进行表征；通过循环伏安

7、、计时电位和电化学交流阻抗法对所制备的复合材料的电化学性能进行表征。结果表明，三相界面法制备的PPy/PANI复合材料有效地保存了单独PPy和PANI的原始形貌，在界面热能的驱动作用下，纳米尺度的PANI粒子均匀的附着在PPy微球表面，形成一种纳/微分级超结构。PPy/PANI复合材料的比电容在电流密度1.0Ag-1时达到348.5Fg-1，高于PPy（145.0Fg-1）和PANI（290.3Fg-1）。通过比较电极材料的结构、尺寸和形貌对其电化学性能的影响，同时研究电极材料在不同电解液中的电化学行为，为导电聚合物材料的制备、超级电容器

8、电解液的选择提供了更广阔的思路。关键词：超级电容器导电聚合物界面反应微乳液法比电容西南科技大学硕士研究生学术论文第III页AbstractSupercapacitorisanewtypeofp