导电聚吡咯及其复合材料的结构调控与电化学性能

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超级电容器作为新型的绿色储能元件,拥有比传统电容器更高的比容量,比蓄电池更高的功率密度、更长的循环寿命、更好的稳定性和环境友好性等优点,成为近年来研究的热点。影响超级电容器性能的最关键因素是电极材料。超级电容器常用的电极材料主要包括:碳材料,导电聚合物和金属氧化物。其中导电聚合物由于较高的电导率,合成简单,环境稳定性好等优点而受到广泛的关注。但导电聚合物作为超级电容器电极材料存在一些缺点,比如倍率性能和稳定性比较差。因此,通过对导电聚合物及其复合物结构的调控,有望提高材料的电化学性能。本论文的主要工作如下:  1.选用不同的掺杂剂实现了对聚吡咯结构的调控。利用过硫酸铵(APS)作为氧化剂制备了颗粒状聚吡咯;利用对甲苯磺酸(p-TSA)作为掺杂剂,FeCl3作为氧化剂制备了管状聚吡咯;利用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为掺杂剂,APS作为氧化剂制备了网络状聚吡咯。将材料组装成超级电容器后通过恒流充放电、循环伏安、交流阻抗等测试研究了不同结构对聚吡咯电化学性能的影响。结果表明,网络状聚吡咯在1M的H2SO4电解液中,0.1Ag-1的电流密度下比容量最高可达到332Fg-1,循环1000次后的比容量保持率为87.3%。  2.以分级多孔碳(HPCs)为载体,通过原位化学氧化聚合实现了聚吡咯与分级多孔碳的耦合。通过改变Py单体的量得到了三组不同PPY含量的PPY/HPCs复合材料。电化学测试表明,当复合材料中PPY的含量34.9wt%时,PPY/HPCs-34.9在0.1Ag-1的电流密度下达到最大的比容量,为316Fg-1,循环1000次后的比容量保持率为95.1%。HPCs表面均匀包覆的PPY纳米层能够有效提高复合材料的电化学性能。  3.以碳纳米管(CNTs)为载体,通过两种不同的掺杂剂(p-TSA和CTAB)制备了两种聚吡咯/碳纳米管复合材料(PPY/CNTs-p-TSA和PPY/CNTs-CTAB)。通过控制Py单体和CNTs的质量比,分别获得了四组不同质量比的复合材料。电化学性能测试表明,当Py单体和CNTs的质量比为3/1时,PPY/CNTs-p-TSA和PPY/CNTs-CTAB在0.1Ag-1的电流密度下的比容量都达到最大值,分别为249Fg-1和283Fg-1,循环1000次后的比容量保持率分别为93%和94%。结果表明,CTAB作为掺杂剂制备的PPY/CNTs-CTAB复合材料具有更好的电化学性能。
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