聚苯胺-二氧化錳復合材料的制備及其電化學性能研究.pdf

1、超級電容器是一種介于傳統電容器和電池之間的新型儲能元件，具有功率密度大、能量密度高、充放電速度快、無污染和壽命長等特點。電極材料是影響其性能的關鍵因素之一。聚苯胺（PANI）因具有合成工藝簡單、成本低廉、電學性能優異等優點，成為眾多導電聚合物中備受關注的電極材料。作為電極材料，聚苯胺的結構、微觀形貌、導電性等對其電化學性能有較大的影響。本文通過引入表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）、海藻酸鈉（SA）模板以及復合方法的改變對電極材料的

2、結構、微觀形貌進行調控，以期獲得電化學性能優異的聚苯胺基超級電容器電極材料，主要研究內容如下：
　　1.在SDBS存在下，以KMnO4和MnSO4為原料，采用液相共沉淀法制備了MnO2電極材料，并以其與苯胺（An）單體為原料制得了PANI/MnO2-SDBS復合材料。傅利葉變換紅外光譜（FT-IR）、X-射線衍射（XRD）和掃描電鏡（SEM）表征結果表明：SDBS對所制 MnO2的晶型結構無明顯影響，但使其尺寸減小，形貌發生變化；

3、電化學測試結果表明：當 SDBS濃度達到0.023 mol/L時，MnO2-SDBS比電容最高（196.4 F/g），相對于純 MnO2的提高了23.7％；以MnO2-SDBS為原料制備的 PANI/MnO2-SDBS是由通過 PANI緊密相連的粒徑約30~50 nm的納米顆粒所組成；比電容最高為207.5 F/g，相對于純PANI的提高了10.8%，而PANI/MnO2的比電容為244.7 F/g，較純PANI的比電容提高了30.7%

4、。
　　2.以SA為軟模板，采用原位聚合法在不同的反應體系中制備了PANI/SA電極材料。研究結果表明：在堿溶中性體系中制得的 PANI/SA1為納米纖維狀結構，納米纖維之間相互交織纏繞，形成網狀形貌；在水溶酸性體系中制得的PANI/SA2為納米顆粒與納米棒堆積成的珊瑚狀形貌。兩種體系中所制得PANI/SA的比電容都隨SA濃度的增大先升高后降低，但PANI/SA1的比電容高于PANI/SA2的。當SA濃度為0.01 wt%時，PA

5、NI/SA1的比電容達最高（459.7 F/g），相對于不加SA時所制PANI的比電容提高了22.4%。
　　3.采用原位化學氧化聚合法制備了不規則顆粒狀 PANI/SA/MnO2復合材料，該材料適于在水溶酸性的反應體系中制備，當MnO2加入量為200 mg，HCl濃度為1 mol/L時所得的復合材料的比電容值最高（538.6 F/g），較PANI/SA2的比電容升高了31.6%；經50次循環充放電后，復合材料的比電容為初始比電容

6、的51.2%，其循環穩定性較未加MnO2的有所改善。
　　4.采用一鍋法合成了 PANI/SA/MnO2復合材料，研究了 KMnO4的濃度等對復合材料電化學性能的影響。實驗結果表明：PANI/SA/MnO2主要以粒徑為30~60 nm的納米顆粒的形態存在，伴有少量的棒狀結構存在。PANI/SA/MnO2的比電容都隨反應體系中KMnO4濃度的增大先升高后降低，當KMnO4的濃度為0.03 mol/L，HCl濃度為1 mol/L時所得