【摘 要】
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电极材料的选择影响着超级电容器的电化学性能,选择合适的电极材料是使超级电容器实现产业化的必要条件。聚苯胺凭借优异的电化学性能被研究者们孰知,但纯聚苯胺的能量密度较低,结晶度较低,不进行掺杂处理会影响组装的超级电容器电化学性能。因此,本课题在聚苯胺中掺入碳材料和过渡金属离子,并对电解液进行优化。使用FE-SEM、XRD和FT-IR等表征手段对电极材料进行分析,使用LAND、EIS和CV测试组装后超级
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电极材料的选择影响着超级电容器的电化学性能,选择合适的电极材料是使超级电容器实现产业化的必要条件。聚苯胺凭借优异的电化学性能被研究者们孰知,但纯聚苯胺的能量密度较低,结晶度较低,不进行掺杂处理会影响组装的超级电容器电化学性能。因此,本课题在聚苯胺中掺入碳材料和过渡金属离子,并对电解液进行优化。使用FE-SEM、XRD和FT-IR等表征手段对电极材料进行分析,使用LAND、EIS和CV测试组装后超级电容器的电化学性能。首先,在纯聚苯胺中掺杂碳材料。结果表明,掺杂碳材料后聚苯胺的团聚现象得到改善,掺杂的碳材料没有改变PANI内部的结构,掺杂态的PANI比纯PANI粒径小。其中聚苯胺/活性炭组装的超级电容器有更长的放电时间和更小的电压降,当电流密度为0.1 A/g时,最大比电容达到236.33 F/g,循环4000圈后容量保持率达到79.00%,与纯聚苯胺的容量保持率相比提高了5.89%,该超级电容器有更小的内阻。其次,在聚苯胺/活性炭的基础上进行过渡金属离子的掺杂。结果表明,掺杂过渡金属离子的聚苯胺在整个体系中达到高度分散,材料的粒径明显减小,掺杂态的聚苯胺有较高的结晶度和更稳定的放电循环,四种超级电容器经过4000圈循环后,容量保持率分别为79.32%、80.26%、83.87%和84.99%,比电容分别为238.10 F/g、253.61 F/g、259.09 F/g和260.93 F/g。再者,选取不同种类的水系电解液对电解液进行优化。结果表明,电解液为CH3COOH/CH3COOLi的超级电容器有更小的电压降和内阻。因此,选取CH3COOH/CH3COOLi作为电解液,当电解液浓度为2.0 mol/L时,超级电容器有较高的比电容为266.43 F/g,4000圈循环后容量保持率为87.49%,该浓度下的超级电容器有最小的内阻。电解液p H为5.56时,超级电容器有更小的电压降,经过4000圈循环后容量保持率达87.60%,比电容最高为271.56 F/g。最后,对超级电容器进行市场经济分析,分析超级电容器的竞争优势及发展前景。
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