基于导电聚合物同轴纳米管的超级电容器电极材料的性能研究

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1、基于导电聚合物同轴纳米管的超级电容器电极材料的性能研究PerformanceofConductivePolymersCoaxialNanotubes-basedSupercapacitorElectrode工程领域：材料工程作者姓名：张丽芳指导教师：许鑫华教授企业导师：刘强高工天津大学材料科学与工程学院二零一七年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同

2、志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要超级电容器是一种新型的电化学储能器件，它具有较高的功率密度，快速充放电以及环境友好等优点，而在动力能源

3、领域逐渐得到广泛应用，但是以碳材料为电极的现有超级电容器体系存在容量小、能量密度低的缺点，导电聚合物材料凭借较高的理论容量以及较成熟的制备方法成为极具前景的超级电容器电极材料之一。然而，导电聚合物材料在长期的充放电过程中电化学稳定性会发生急剧衰减，这成为限制其进一步应用的最大阻碍。本论文以同轴纳米管结构为背景，首先通过软模板法调控原料浓度制备出管状聚吡咯，然后对其电化学沉积聚苯胺薄层得到聚吡咯/聚苯胺复合材料（PPy/PANIcoaxialnanotubes,PPy/PANICANTs），对其形貌、结构和组成进行分析证实了PPy/PANICANTs为同轴管状

4、结构，电化学测试发现在2Ag-1的电流密度下循环2000次后仍保持着390Fg-1的容量，说明聚苯胺包覆结构对于改善聚吡咯的电化学性能有重要作用。在此基础上，又将聚吡咯/聚苯胺同轴纳米管与石墨烯进行复合，形成导电聚合物同轴纳米管-石墨烯泡沫（Three-dimensionalPPy/PANICANTs-graphene,3DGP）复合材料。将其做电极进行超级电容器性能测试，证明其具有良好的倍率性能以及循环稳定性，在电流密度为2Ag-1时循环2000次后仍保持着463Fg-1的容量。3DGP材料综合了导电聚合物包覆、管状结构、石墨烯包覆和三维结构等优势，能够提

5、供电子和离子的快速传输网络，从而可以大大缓解导电聚合物基电极材料循环过程中的容量衰减问题。而且导电聚合物同轴纳米管-石墨烯复合材料还可以进一结合墨水直写打印技术，并有望应用于可穿戴电子设备中，未来发展潜力巨大。关键词：超级电容器，电极材料，导电聚合物，同轴纳米管，石墨烯IABSTRACTSupercapacitor,anewtypeofelectrochemicalenergystoragedevice,hasadvantagesofahighpowerdensity,fastcharge/dischargerateandenvironment-friend

6、lyproperties.Soithasbeenwidelyusedinthefieldofpowerenergy.However,theexistingsupercapacitorsystemwithcarbonmaterialaselectrodehassomedisadvantages,suchaspoorcapacitanceandenergydensity.Theconductingpolymermaterialshaveturnedintopromisingsupercapacitorelectrodematerialswithhigherthe

7、oreticalcapacityandmaturepreparationmethod.However,electrochemicalstabilityofconductingpolymeroccursdecayduringlong-termcycling,whichhasbecomethebiggestobstacletofurtherapplication.Inthispaper,weusedself-degradedtemplatemethodtopreparetubularpolypyrrolebycontrollingtheconcentration

8、ofrawmaterials,andthendeve