基於新型石墨烯/聚噻吩超級電容器研究

2021-01-09 OFweek維科網

　　基於新型石墨烯/聚噻吩超級電容器研究 1.本項目研究的意義及同類研究工作國內外研究現狀與存在的問題，並列出主要參考文獻。  超級電容器是一種性能介於電池與傳統電容器之間的新型儲能器件，具有功率密度高、充放電速度快、使用壽命長等優點，有著廣闊的應用前景，如可用於可攜式儀器設備、數據記憶存儲系統、電動汽車電源及應急後備電源等。特別是在電動汽車上，超級電容器與電池聯合能分別提供高功率和高能量，既減小了電源的體積又延長了電池的壽命。電極材料是超級電容器最為關鍵的部分，也是決定其性能的主要因素，因此開發具有優異性能的電極材料是超級電容器研究中最核心的課題。導電聚合物是一類重要的超級電容器電極材料，其電容主要來自於法拉第準電容。目前應用於超級電容器的導電聚合物主要有聚苯胺 (Polyaniline)、聚噻吩 (Polythiophene)、聚吡咯(Polypyrrole)等[1 ]。有機聚合物以其具有快速充放電、高儲能密度、綠色環保等特點，必將成為超級電容器電極材料的研究熱點。 對於有機聚合物電極材料，由於電容器在充放電時電解質離子反覆地進出電極材料，使得電極材料的分子結構遭到一定的破壞，共軛體系減小，電子離域性降低。從而使得電極的電導率下降，機械性能遭到破壞。當對超級電容器反覆充放電時，比電容、能量密度都會明顯降低，循環性不佳 為了提高有機物電極的機械性能和電導率，國內外不少人研究了基於導電聚合物的複合電極材料，其中以CNT(碳納米管)與ECP(電子導電有機聚合物)複合材料為代表['14 18]。 ，由於碳納米管具有良好的機械性能，可以提供立體空間網狀結構。有機聚合物通過原位化 學聚合或電化學聚合包覆在碳納米管上，大大提高了比表面積。此外碳納米管具有良好的電導率，改善了聚合物在充放電時電導率降低的現象 石墨烯若取代石墨做電池的電極，有望提高電池的效率, CNT用作電化學電容器(EC)電極材料，比表面積的利用率低，原因是小於2 t'lm的孔不能形成雙電層；石墨烯用作EC電極材料【12J也具有比表面積大、導電性高等特點，沒有小於2 nm的孔不能有效利用的問題，價格上也有優勢 石墨烯(Graphene)是近年來被發現的二維碳原子晶體．具有比碳納米管更為優異的電學性質．以及良好的導電性和化學穩定性[26,27]．這使得其可以成為比碳納米管更好的電子或空穴傳遞的多功能材料。近年來．利用石墨烯獨特的電學性質對一些材料進行修飾以及製備性能更好的複合新材料是當前的研究熱點 Pack等[281合成了石墨烯．SnO，複合材料．發現

　　石墨烯能夠起到電子傳遞通道的作用．從而提高了複合材料的電化學性能 Seger等i29]以石墨烯為載體材料獲得了高分散的石墨烯．Pt納米複合材料 對該複合材料的電催化性能研究表明．石墨烯還是一種有效的載體材料 提綱 1. 超級電容器的應用前景 2. 電極材料如有機聚合物、CNTs在超級電容器上的應用 3. 石墨烯的前景 參考文獻 14 Krishna D，et a1．N and P doped poly(3，4-ethylene dioxy， thiophene)electrode materials for symmetric redox superca—pacitors[J]．Mater Sci，2007，42：8158 18 Hussain A M P，Kumar八Enhanced electrochemical sta—bility of all-po lym er redox supercapacitors with modified polypyrrole electrodes[J]．J Power Sources，2006，161： 1486 [26]YANG Yong—Gang，CHEN Cheng—Meng， WEN Yue-Fang，et a1．New Carbon Mater． 2008，23(3)：193-200 [27]HUANG Gui-Rong(黃桂榮)，CHEN Jian(陳建)．Carbon Techniques(Tansu如hu)，2009，28(1)：35~39 [28]Paek S M，Yoo E J，Honma I．Nano Lett．，2009，9(1)：72—75 [15]Wang H L，Hao Q L，Yang X J，et a1．Graphene oxide doped polyaniline for supercapacitors[J]．Electrechem Commun，2009， 11(6)：1 158—1 161． 本項目的研究內容、特色和創新之處即立題根據 研究工作的預期結果或目標及提供形式。如系理論成果，應寫明在理論上解決哪些問題及其科學意義；如系應用性成果或基礎性資料，應寫明其應用前景 擬採取的理論分析、計算、實驗方法和步驟及其可行性論證

　　研究工作的總體安排、進度、經費支出預算 1、 與本項目有關的工作基礎及實現本項目研究已有的主要儀器設備；尚缺的儀器 設備及解決途徑： 2、 申請者和項目組主要成員的主要學歷和研究工作簡歷，近期發表的與本項目有關的主要論著和科研成果名稱及獲獎情況： 採用掃描電子顯微鏡(SEM)和投射電子顯微鏡（TEM）觀察電極材料的表面形貌結構，用紅外光譜儀、XRD、XPS及EDS等能譜表徵分析複合材料的結構和元素含量。 將複合材料做成圓片，室溫下用四探針測試儀測試電導率，分析複合材料的導電性能。 在避光下回流5小時。由於苯胺的沸點為183℃，所以回流溫度應控制在略高於183℃的水平。反應結束後，冷卻至室溫，充氮氣保護後，避光保存。MWCNT在苯胺中回流的過程中，苯胺由無色溶液變為淺黃色，再至棕色，最後形成了黑紅色透亮溶液。冷卻到室溫，用微孔濾膜過濾待用。用36%濃鹽酸配製成2.omol/L的鹽酸溶液。取50ml稀鹽酸並加入4.79摻入MwCNT的苯胺溶液，配製成鹽酸苯胺溶液。取 11.49過硫酸錢(0.05mol)溶解於25ml蒸餾水中配製成過硫酸錢溶液。在電磁攪拌下在O一5℃用滴液漏鬥將過硫酸錢溶液滴加到鹽酸苯胺溶液中，25分鐘滴加完畢，繼續反應lh。結束反應，反應混合物減壓過濾，分別用無水乙醇和蒸餾水洗滌數次，直到中性為止。最後用2.omol/L的鹽酸溶液浸泡Zh進行摻雜，過濾，乾燥至恆重 將製得的活性材料粉末用研缽研磨以後，稱取SOwt%的活性材料，7.swt%的乙炔黑和7.swt%的石墨，然後混合均勻，用一滴聚四氟乙烯溶液(佔電極材料的swt%)，一滴酒精和一滴水均勻混合後，塗覆在泡沫鎳片上，塗覆面積約 1cmZ。製備的泡沫鎳長Zcm，寬Icm， 泡沫鎳塗覆前在丙酮中浸泡 10min，以除去其表面的氧化層和其他雜物以免影響其測試效果.將製備好的電極在烘箱中60℃下乾燥24h，備用電極 性能在安裝有工作電極，鉑片對電極和飽和甘汞參比電極的燒杯型電池中進行測試，電解質為IMNaNo3水溶液，工作電極表面積為 1cmZ。循環伏安測試在cHI660c型電化學工作站

　　(上海辰華)上進行，掃描範圍:一0.2一o.sv，掃速:smv/s。，電化學交流阻抗測試在cHI66oC型電化學工作站(上海辰華)上進行，頻率範圍:100000一O.olHz，交流調製:smV。充放電測試在CHI660C型電化學工作站(上海辰華)上進行，截至電位:一0.2一0.8V，採用多個不同的恆定電流密度進行測定

 

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