聚苯胺基柔性电极的制备及电容性能研究

来源 :新疆大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:persistence2005
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
近年来,各类便携式电子产品的相继问世,促进了各类新型储能器件的发展。在各种候选器件中,具有高功率输出、长寿命和快速充放电特征的超级电容器(SC)是重要一员。最近,柔性超级电容器(FSC)受到广泛关注,并展现出一定的应用前景。除了具有传统SC的优点外,FSC还具有灵活性高、重量轻、安全性和可靠性高等优点。同时提高FSC的能量密度和机械柔韧性是具有挑战性的,该目标的实现需要FSC器件的电极材料具有高的电活性和机械柔韧性。在超级电容器诸多的电极材料中,聚苯胺(PANI)作为导电聚合物之一,具备合成简便、成本低、环境稳定性优良等优点,而被用作SC的电极材料。但目前来说,PANI基SC大多不具备柔性特征,如何构筑PANI基柔性电极是一个挑战性问题;此外PANI在实际情况中表现出的比电容与理论值相差较大,其中一个重要的原因是PANI与电解液接触不充分,故设计并构建能促进与电解液接触的形态结构以提高PANI材料利用效率的研究非常必要。基于上述现状,本论文采用具有良好柔性和导电性能的碳布(CC)作为基底,并原位生长具有较高的法拉第特性的聚苯胺(PANI),制备了一系列具有良好性能的PANI基柔性电极。通过红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)等结构表征和循环伏安(CV)、恒流充放电(GCD)、电化学交流阻抗(EIS)等电化学测试,研究了材料的电化学性能和构效关系,并作为电极应用于柔性准固态超级电容器(FQSSC)中。本论文的主要内容如下:(1)采用恒电流电沉积法,在CC表面原位沉积PANI纳米颗粒,获得了PANI基柔性电极(PANI/CC)。通过结构表征和电化学测试,探究了电沉积时间对PANI的形貌结构和电化学性能的影响。研究结果表明,电沉积时间为3 h时,得到了以PANI颗粒均匀分布于CC纤维表面的PANI基柔性电极。该电极(PANI/CC-2)具有优良的电化学性能,在0.5 A g-1时的比电容达到397.8 F g-1,在10 A g-1时的电容保持率达到71.3%。基于PANI/CC-2的良好性能,进一步组装了柔性准固态超级电容器(FQSSC),该器件展现了良好的功率密度(5.57 Wh kg-1)和能量密度(2128.4 W kg-1)。该器件连续循环8000次后电容仍然可以保持初始电容的68.3%,显示出好的循环性能。此外,由于电极及凝胶电解质良好的柔性,该器件展现出稳定的机械柔性。通过在小型电子产品中的应用证明该器件在实际应用中的潜力。(2)采用化学氧化聚合法,在聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)修饰的CC(f CC)上原位沉积了PANI纤维,获得了一系列PANI基柔性电极(PANI/f CC)。通过结构表征和电化学测试,探究了苯胺浓度对PANI的形貌结构和电化学性能的影响。研究结果表明,在苯胺浓度为0.075 mol L-1时,得到了均匀分布于f CC表面的PANI纳米纤维阵列,该结构提高了活性物质(PANI)的利用率和电解液离子在材料内部的传输,有利于电化学性能的提高。在三电极体系下,PANI/f CC-2电极具有该系列最高的比电容(1 A g-1时517.3 F g-1)和良好的倍率性能(10 A g-1时电容保持率79.1%)。基于PANI/f CC-2的FQSSC器件最大能量密度为9.02 Wh kg-1和最大功率密度为2784.3 W kg-1。经过10000次充放电循环后,其电容保持率为79.5%,展现出优良的循环稳定性。(3)利用MOF材料的优势,在CC表面合成了阵列状分布的片状钴基MOF(Co-MOF@CC),并将其热解成氮掺杂的多孔炭片分布于CC上(NC@CC)。最终在NC@CC表面原位化学沉积了PANI颗粒,得到了一系列PANI基柔性电极(PANI/NC@CC)。通过结构表征和电化学测试,探究了苯胺浓度对PANI的形貌结构和电化学性能的影响。研究表明,通过上述设计思路和苯胺浓度优化能够得到聚苯胺颗粒均匀分布于NC@CC表面的柔性PANI/NC@CC电极。其中,NC的支撑提高了电极与电解液的接触面积,促进了活性物质的利用率,有效提高了电极材料的电化学性能。在苯胺浓度为0.15 mol L-1时,得到的PANI/NC@CC-2具有最佳的电化学性能。在0.5 A g-1时,它的比电容高达519.5F g-1,在10 A g-1时的电容保持率高达83.1%,展现出优良的倍率性能。使用该电极组装的FQSSC器件,显示出具有良好的能量密度(6.32 Wh kg-1)和功率密度(1489.7 W kg-1)以及满意的循环稳定性(7000圈后85%的电容保持率)。
其他文献
锡林郭勒盟地处内蒙古自治区中北部,对于建设我国北方的生态屏障具有重要意义。然而近年来在经济增长发展模式主导下,锡林郭勒盟片面追求经济增长,盲目开采矿产资源,从而导致
传统器件通常不可弯曲且不透明,随着可穿戴器件的发展,可弯曲、透明的器件受到了极大关注,二维半导体材料在新型器件领域具有很大应用潜力。本文研究材料主要包括硒化镓(GaSe)、二硫化钼(MoS_2)以及六方氮化硼(h-BN),使用机械剥离法制备了上述几种二维材料纳米片。提出一种利用定向转移技术将二维材料转移至柔性电极上制作柔性光传感器的方法,该方法适用于利用任意二维材料及其异质结构制作器件。本论文制成
随着高考改革在浙江、上海两地试点到多省逐步推进,辽宁省从2018年秋季入学的高一年级开始正式启用新高考方案。高考改革赋予高中生更大的生涯规划自主空间,标志着普通高中生涯教育迈入新时代。探讨以学科教学为主阵地、以学科教师为核心力量推进生涯教育的有效途径是当下值得研究的课题。生物学作为自然科学的基础学科,蕴含着丰富的生涯教育资源,具有学科渗透生涯教育的独特优势。通过生物教学渗透生涯教育,不仅有助于生涯
本研究采用分蘖能力不同的高粱品种(强分蘖品种辽杂18号和弱分蘖品种辽杂19号)为试验材料,设置3个密度水平,分别为低密度82500株·hm-2、中密度105000株·hm-2和高密度127500株
2013年9月,恩施州以建立“法律顾问制度”为契机,已解决涉法信访问题为切入点,积极推行政府购买公共服务的发展模式,鼓励并引导更多律师进村,加强法律宣传和教育,增强民众法律意识,为村民提供法律协助,委托律师为村民及政府提供完善优质、周到可靠的咨询服务,由此在现行发展环境下,逐步探索出一条与实际国情相契合的法治建设路径。但在实际的实践过程中,该制度在工作机制存在不完善、法律人才难以满足服务需要、制度
电致变色是指材料的光学性质(透过率、吸收率、反射率等)在电场驱动下发生可逆变化的现象,其产品主要作为“智能窗”用于建筑物和交通运输工具,同时在信息显示、航天器表面热控、军事伪装等领域也有广阔的应用空间。但是,由于存在制造成本昂贵、功能单一等问题,现实中的应用场景多为示范性项目或者高端军事装备,难以大规模推广普及。除了优化电致变色材料的固有性能,寻找更廉价易行的制备方法外,实现电致变色与其他用途结合
进入21世纪以来,信息科技发展速度突飞猛进,由此带来各行各业的市场竞争环境和市场需求特征都发生了翻天覆地的变革。大多数企业管理者抛弃了传统的以产品为中心的市场营销理念,逐渐转变为以客户为中心的新营销理念。在激烈的市场竞争环境下,客户关系管理受到越来越多企业的重视。在互联网科技高速发展的今天,大数据技术已经成为很多企业应用信息科技实施客户关系管理的高效率工具。SY公司是近年来我国工程机械行业的一家明
逆合成孔径雷达(Inverse Synthetic Aperture Radar,ISAR)成像可获得目标的高分辨率成像结果,提供目标的尺寸、结构等特征信息,从而为目标的分类与识别提供依据,在空间态势感
山岭隧道建设过程中,当隧道围岩破碎、节理裂隙发育,施工开挖过程中进尺过大或施工方案不合理时,将可能发生塌方事故。塌方事故频繁发生,将造成工期延误、成本增加和人员伤亡。因此,研究隧道塌方的发生机理及其处治措施显得至关重要,同时对类似塌方事故处治也具有指导和借鉴意义。本文以浙江永康至武义改建工程一标段白阳山隧道为研究对象,从工程地质条件、施工因素、设计因素等方面,研究隧道塌方灾害事故的发生机理,并对塌
近年来,环境问题如温室效应变得日趋严重,而主要原因是化石燃料燃烧而排放的大量CO2气体。但是随着车辆的激增,车辆尾气排放的C02也已经成为一个主要的因素。CO2排放已经对我