论文部分内容阅读
超级电容器是主要由电极材料、电解液、隔膜和集流体组成的新型储能装置,赝电容器是其中主要的一类。当前研究主要围绕电极材料展开,碳材料、过渡金属氧化物和导电聚合物甚至金属有机骨架材料也逐渐被改进而用做电极材料。多孔性是影响电极材料比电容性能的关键,提高电极材料的孔隙率是获得优异电容器性能的一种有效途径。本文主要利用单极脉冲法制备了多孔过渡金属氧化物和多孔导电聚合物,并研究了它们的超级电容器性能。过渡金属氧化物中二氧化锰(Mn O2)以其价格低廉、理论比电容高、制备简单等优点被广泛研究。但是其导电性较差的缺点,使其难以发挥自身高比电容的优势从而限制了它的应用。本文以滴涂了多壁碳纳米管(MWCNT)的铂片为基体,采用单极脉冲法沉积高比表面积的多孔二氧化锰制备了复合电极(Mn O2/MWCNT-UPED),同时与恒电位法沉积二氧化锰形成的复合电极(MnO2/MWCNT-PM)对比。扫描电镜照片(SEM)证实,复合电极MnO2/MWCNT-PM为由纳米短棒堆积而成的致密层,而复合电极MnO2/MWCNT-UPED的表面疏松多孔呈纳米树枝状。同时,X-射线衍射(XRD)图谱表明两种MnO2的晶型在沉积量相对低时都表现为无定型。通过傅立叶变换红外光谱(FT-IR)发现复合MnO2/MWCNT-UPED具有更多的羟基,这暗示该电极对水系电解液具有更好的亲和性,便于离子交换。通过循环伏安法(CV)考察两种Mn O2的电化学活性和比电容,结果发现复合电极Mn O2/MWCNT-UPED的比电容约为498.3 F·g-1,而Mn O2/MWCNTPM的比电容为334.4 F·g-1。在2000次恒电流充放电(GCD)测试后,两者稳定性分别为97%和62%,表明复合电极MnO2/MWCNT-UPED具有更好的超级电容器性能。聚苯胺(PANI)因易聚合、良好的环境稳定性和原料廉价而成为导电聚合物中研究最广泛的一种。目前大多数方法制备的PANI都是无孔结构,如何用一种简便方法制备兼具较高孔隙率和高导电性的PANI面临诸多挑战。金属有机骨架材料之一HKUST-1的孔隙发达、孔径均一而且容易合成,非常适宜用做制备多孔高分子材料的模板。本文以涂敷在碳布(CC)基体上的多孔材料HKUST-1为硬模板,采用单极脉冲法沉积PANI制备了具有电活性的多孔复合电极Micro-PANI/CC;同时以空白CC为基体制备了聚苯胺电极PANI/CC,并研究和比较了它们的超级电容性能。SEM照片显示电极Micro-PANI/CC表面具有大量的微米孔状结构。在0.5mol·L-1硫酸为电解液的体系中测试了循环伏安、恒电流充放电、阻抗以及稳定性等特性,在扫速为2 mV·s-1时,电极Micro-PANI/CC和PANI/CC的比电容分别为895.6 F·g-1和547.6 F·g-1,在其它的相同测试条件下,前者的比电容保持在后者的1.64倍以上,且具有更好的倍率特性、更低的电阻和较好的稳定性等特点,说明这种以HKUST-1为模板形成的多孔聚苯胺更适于超级电容器电极材料。