廈門大學白華副教授團隊:聚苯胺/石墨烯電極材料高電容機理探究

2021-02-15 高分子科技

近日，廈門大學材料學院白華副教授團隊系統研究了聚苯胺/還原氧化石墨烯（PANI/RGO）複合電極材料在超級電容器中的工作機理，首次揭示了PANI電化學降解對儲能的貢獻，闡明了此類複合材料高比電容的原因。

通常認為，在PANI複合材料中的RGO可以引入有利的微觀結構，提高電極的導電性，並為PANI的氧化還原中體積變化提供的緩衝空間，從而提高材料的倍率性能，減少等效串聯電阻，延長電極的循環壽命。然而，令人費解的是，在大量的文獻報導中，PANI（理論電容量740 F/g）與RGO（實測電容量220 F/g）複合後得到的材料的電容量可以遠遠超出計算出的理論比電容，通常可達800 F/g以上。而研究者們通常把其超高電容性能簡單歸因於高電容的PANI和RGO材料之間的協同效應，這反應出人們並沒有真正的理解PANI/RGO電極材料的電化學工作機理，同時也限制了聚苯胺/石墨烯複合電極材料的進一步發展。

白華團隊系統的研究了PANI和PANI/RGO複合材料在電化學測試過程中（−0.2 ~ 0.8 V vs. SCE）電化學性質和光譜的變化，證實了PANI在測試過程中降解產生了以羥基或氨基封端的苯胺寡聚物（HAOANIs）。通過計算，發現這些寡聚物的理論比電容可達1000 F/g以上。但是由於其低導電率很低，所以PANI降解會帶來很大的壓降，導致材料的電容無法發揮。然而，在複合材料中，RGO的高電導率提高了複合材料的導電性，使得HAOANIs能發揮出其高比電容的優勢。實質上，PANI/RGO複合電極在電化學測試過程中轉化為PANI/HAOANIs/RGO複合電極，從而體現出很高的比容量。

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