学生姓名： 孙鹏 学 号： 2006140214

所在学院： 数理科学学院

专 业： 应用物理学

设计(论文)题目：C基PANI超级电容器电极的原位生长及表征

指导教师： 沈临江

随着研究进展到更小、更高效的设备，开发替代分子尺度电子材料的需要变得越来越明显。从理论上讲，有机分子的集成电子元件制造已被公认为最终目标。这一提案代表了全球范围内的努力，以解决在开发过程中涉及到的最重大的问题，用新材料或材料的组合制造设备。碳基材料如聚合物和纳米管有可能对各种各样的应用产生影响，从一般的低成本电路和显示器到电力设备，微电-机械系统(MEMS)到超级电容器。导电聚合物的发现为有机高分子材料的应用开辟了一个全新的领域。聚苯胺由于合成工艺简单、掺杂机制特殊，具有良好的导电性、优良的环境稳定性以及特异的光、电、磁学性能而得到广泛的研究。碳材料是研究较早且较为成熟的导电材料，具有价廉易得，抗化学腐蚀性良好，导电性能优异等优点，在电化学领域应用广泛。本课题采用原位聚合法制得碳基PANI复合材料，用扫描电子显微镜(SEM)对复合材料表面形貌进行表征；用X射线衍射仪(XRD)对复合材料进行物相分析，用红外光谱仪测试分析复合材料的红外光谱；用四探针测试仪测定复合材料的电阻率，用电化学工作站对复合材料进行交流阻抗测试。希望对未来电极材料和电容材料的选择和发展提供参考。

文献引用：

聚苯胺修饰活性炭（PANI/C）电极既可以利用活性炭的双层电容又可以利用聚苯胺的准电容来提高电极的比电容。通过循环伏安法可以在活性炭电极表面合成聚苯胺，并通过循环伏安，恒流放电，交流阻抗等方法研究PANI/C电极的电容特性。通过循环伏安法在1mol/L的浓硫酸溶液中制备了导电聚合物聚苯胺修饰的碳电极，线性电位扫描测试表明，PANI/C电极具有较理想的电容性质。在1mol/L的浓硫酸溶液中，PANI/C电极的比容量从碳电极的82F/g提高到175F/g。PANI/C电极作为正极何碳电极组成的单体电容器比电容可达30.7F，聚苯胺在充放电循环中逐渐失去电容活性，电容量逐渐衰减。PANI/C电极可以作为电容器的负极使用，可将电容器电化学窗口由0.6V变为1.0V。

聚苯胺/碳纳米纤维复合材料的制备及电容性能。采用原位聚合法制备了聚苯胺/碳纳米纤维(PANI/CNF)复合材料, 用傅里叶变换红外(FT#8259;IR)光谱、热重分析(TGA)、扫描电镜(SEM)和孔分布及比表面积测定仪研究了复合材料的表面官能团、组成、表面形貌及比表面积, 并运用循环伏安(CV)法和计时电位法测试了PANI/CNF布作为电极材料的电化学性能. 研究结果表明: PANI/CNF复合材料具有粗糙的毛刺结构, PANI沿碳纳米纤维均匀分布; PANI/CNF电极氧化还原反应的可逆性良好; 在100 mA#183;g - 1 电流密度下, 当PANI含量为44.4%(w)时, 复合材料比电容量高达587.1 F#183;g - 1 ,比能量为66.1 Wh#183;kg - 1 , 电流密度为800 mA#183;g - 1 时比功率可达1014.2 W#183;kg - 1 ; 在5 A#183;g - 1 的电流密度下, 1000次循环充放电后, 复合材料的比电容量衰减28%. PANI/CNF复合材料具有良好的导电性和快速充放电能力,是一种优良的超级电容器电极材料。采用原位聚合法制备具有毛刺结构的 PANI/CNF复合材料, PANI沿CNF均匀分布. 这种结构的纳米复合纤维结合了CNF的高导电性和聚苯胺的大赝电容, 具有快速响应, 比电容量大, 循环性能好等特点. 复合材料在酸性电解液中具有良好的电化学性能, 在 1 mol#183;L - 1 H 2 SO 4 溶液中, PANI 含量为44.4%时, 比电容量和比能量分别达到587.1 F#183;g - 1 和66.1 Wh#183;kg - 1 ; 电流密度为800 mA#183;g - 1 时, 其比功率最大可达到1014.2 W#183;kg - 1 ; 在5 A#183;g - 1 的大电流下,经过1000次充放电循环, 比电容量衰减为28%. 因而采用原位聚合法制备的PANI/CNF复合材料是一种潜在的超级电容器电极材料, 在移动电源、电催

化和燃料电池等领域具有潜在的应用价值。