导电高分子修饰活性炭电极的制备与电化学性能研究
超级电容器是一种介于普通电容器和蓄电池之间的储能器件，超级电容器优越的性能使其在许多场合有着独特的应用优势，发挥着不可替代的作用。对超级电容器的研究和应用越来越受到人们的关注。
电极材料是影响电容器的关键因素。本文制备了活性炭电极，聚苯胺/活性炭电极，聚2，5-二羟基苯胺/活性炭电极。并通过扫描电子显微镜，循环伏安、恒流充放电技术、交流阻抗技术对电极的形貌和电化学特性进行了分析。主要内容和结果如下：
1.活性炭电极的制备与表征
研究了活性炭电极的制作工艺，制备了活性炭电极。活性炭电极的循环伏安曲线呈现“矩形”特征；活性炭电极的充放电曲线均为线性；EIS表明：活性炭电极的接触电阻约为2.5Ω，传质电阻约为1Ω;电流密度为3mA·cm-2时，活性炭电极的比电容为285.6F·g-1;在电流密度为10mA·cm-2时，为3mA·cm-2时的63.9％；150次循环后，活性炭电极的比容几乎没变化。
2.聚苯胺/活性炭电极的制备与表征
以制备性能优异的高比容聚苯胺/活性炭(PANI/AC)电极为目的，我们通过不同方法，在活性炭电极上沉积了一层PANI膜，制备了复合电极，并进行了电化学性能研究。
(1)循环伏安法制备聚苯胺/活性炭电极（-0.2V-0.8V，7圈），SEM表明：聚苯胺形貌为直径100nm的纳米棒，整体呈现三维网状结构；循环伏安曲线上有明显的氧化还原峰；充放电曲线上有明显的充放电平台；EIS表明：活性炭电极和复合电极的接触电阻约为2.5Ω，在0.4V时，复合电极的传质电阻比活性炭电极要小，进一步证明了聚苯胺有较好的导电性；在电流密度为3 mA.cm-2时，电极的比容高达758.53F·g-1，比活性炭电极提高约1.7倍。复合电极的大电流充放电性能也得到改善。电流密度为3 mA·cm-2时，在400个循环时，电极的比容保持了82.01％;电流密度为5mA·cm-2时，600个循环时，电极的比容为初始比容的83.42％。
(2)循环伏安法制备聚苯胺/活性炭电极（-0.2V-0.9V，4圈），循环伏安曲线上有明显的氧化还原峰；充放电曲线上有明显的充放电平台；阻抗结果表明，复合电极的接触电阻约为2.7Ω，在0.4V时，复合电极的传质电阻反而比活性炭电极要小；在电流密度为3mA·cm-2时，电极的比容高达781.69F·g-1，比活性炭电极提高约1.7倍，但是电极的大电流充放电性能没有得到明显改善，有待进一步改进。电流密度为3 mA·cm-2时，经过410个循环后，电极的比容保持了67.15％，可能是因为高电压下制备的聚苯胺可逆性不好，在反复充放电过程中，降解的快，电极的比容下降较快。循环稳定性有待进一步提高。在电流密度为5 mA·cm-2时，经过350个循环后，电极的比容为初始比容的95.5％。
(3)恒电位法制备聚苯胺/活性炭电极，SEM表明聚苯胺呈现直径约为100nm纳米棒状结构；循环伏安表明PANI/AC电极有明显的氧化还原峰，与循环伏安法制备的活性炭电极相比，恒电位法制备的复合电极的曲线变形较为严重；恒流充放电曲线有明显的充放电平台；EIS表明，既使在0.4V时，复合电极的传质电阻比活性炭电极大。在电流密度为3mA·cm-2时，复合电极的比电容为473.52F·g-1，比循环伏安法制备的电极比容小很多。在电流密度为3 mA·cm-2时，370个循环时，为初始比容的71.8％。在电流密度为5mA·cm-2时，经过290个循环后，电极的比容为初始比容的82.0％。循环稳定性有待进一步提高。
3.聚2，5-二羟基苯胺/活性炭电极的制备与表征
(2)通过化学氧化法合成了聚2，5-二羟基苯胺粉末(PDHA)，首次将PDHA与活性炭、炭黑、聚偏氟乙烯(PVDF)混合，采用活性炭电极制备工艺，制备了聚2，5-二羟基苯胺/活性炭(PDHA/AC)电极。CV测试表明，复合电极有较高的背电流，氧化还原峰明显；恒流充放电测试表明有明显的充放电平台；EIS测试表明0.4V时电极的传质电阻最小，与CV和恒流充放电测试一致。在电流密度为5mA·cm-2，经过700个循环后，电极的比电容较初始比容几乎没衰减。电流密度为10 mA·cm-2时，直至572个循环，复合电极的比容为初始比容的75.75％。
(2)首次采用电化学方法，在活性炭表面上成功制备了一层PDHA膜，SEM表明纳米纤维PDHA相互缠绕形成三维网络形貌，CV测试时有较高的背电流，有明显的氧化还原峰，恒流充放电测试时，有明显的充放电平台：EIS表明复合电极和活性炭电极的接触电阻约为2.8Ω，在0.4V时电极传质电阻最小，并且小于活性炭电极，证明了PDHA可以提供更多的活性点，导电性较好；在电流密度为3mA·cm-2时，复合电极的比容高达958.51F·g-1，比活性炭电极约提高2.5倍，并且远高于上述我们制备的聚苯胺/活性炭电极，具有较好的大电流充放电性能；在测试的200个循环里，复合电极的比容为初始比容的90％，循环稳定性良好。
中国海洋大学
硕士
材料学
王玮
2010
中文
TM243;O646.54
2011-06-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）