表面活性劑對聚苯胺基復合材料超電容行為影響研究.pdf

1、超級電容器是介于電解電容器和電池之間的一種新型儲能器件，具有循環(huán)壽命長、可大電流充放電等特點，應用市場廣闊，是新能源領域的研究熱點。電極是超級電容器的核心部件。當前，尋找一種高能量密度、性能穩(wěn)定的電極材料是超級電容器領域的主要研究方向。
　　聚苯胺(PANI)由于電化學性能優(yōu)異、化學穩(wěn)定性好、制備方法簡單、原料價廉易得等特點，成為超級電容器電極材料中最受關注的導電聚合物。其獨特的摻雜機制及體相反應機理使其具有良好的氧化還原可逆性及

2、贗電容性能，但由于PANI同時存在著電導率偏低及循環(huán)穩(wěn)定性差的缺點，限制了其廣泛的應用。將PANI與碳材料的復合，可有效的改善PANI基電極的電容行為。一方面，復合電極中碳材料的存在可使電極更易于導電，尤其是當PANI處于中性狀態(tài)時;另一方面，碳材料高的機械強度可有效削弱PANI在充放電過程中的體積變化程度，改善其循環(huán)性能。高比表面活性炭、碳納米管、石墨烯等碳材料的發(fā)現(xiàn)為高性能的PANI/碳復合電極材料的開發(fā)提供了廣闊的原料來源。

3、>　　然而，碳材料難溶于溶劑且易于團聚，簡單的將碳材料與PANI復合不能充分發(fā)揮二者的協(xié)同作用?；诖耍疚奶岢鲇帽砻婊钚詣﹣砀纳铺疾牧系谋砻娼櫺?，緩解其易團聚性。此外，表面活性劑還可作為結構導向劑來優(yōu)化復合材料的微觀形貌，進而優(yōu)化PANI基復合材料的電容性能。本工作通過XPS、SEM、TEM、低溫氮氣吸附及電化學表征等手段，系統(tǒng)的研究了不同含量的表面活性劑對PANI基復合電極材料的微觀形貌、結構及電容行為的影響規(guī)律及作用機理。主要研

4、究內(nèi)容及結論如下:
　　(1)通過非離子表面活性劑P123的輔助作用，在酸性溶液中采用原位聚合法一步合成石墨烯(GN)/PANI復合材料。研究表明:合成的復合材料為PANI纖維包裹PANI納米顆粒包裹GN的三明治結構。P123的加入量對復合材料的晶型結構沒有影響，但對其形貌、粒徑及電容行為均存在明顯的影響。當nP123/nANI0.0108時(GP-P3)，復合材料中GN與PANI之間的復合效果最好，PANI纖維的分散性最好，復合

5、材料的孔容積、比表面積和孔徑均最大，電容性能最佳。在500 mN g-1的電流密度下（下同），GP-P3的比電容高達215.8 F g-1，比未加P123的樣品增大了82.0％。循環(huán)1000次后，其電容保留率高達91.8％。
　　(2)通過陰離子表面活性劑SDBS的輔助作用，采用簡單的化學氧化聚合法一步合成PANI/碳氈(CC)柔性電極材料。SDBS可同時作為結構導向劑及摻雜劑影響復合材料的性能。研究表明:合成的PANI均為無定形

6、結構的摻雜態(tài)PANI。適量的SDBS(nSDBS/nANI=0.011)有利于增大PANI的分子鏈間距及主鏈結構的有序性，提高PANI分子鏈間共軛程度，改善復合材料的微觀結構（良好的立體交聯(lián)網(wǎng)狀結構）。對于電容性能:當nSDBS/nANI=0.011時，復合材料(PANI/CC-1)的比電容最高，達537 F g-1;倍率特性最佳;循環(huán)穩(wěn)定性最好，1000次循環(huán)后的電容保持率高達83.4％;當功率密度為0.25 kW kg-1時，其能量