過渡金屬離子摻雜聚苯胺材料制備及其電容特性研究.pdf

1、超級電容器作為一種新型的儲能元件，兼具了電解電容器的高功率和電池的高比能的優(yōu)勢。電極是決定超級電容器性能的核心材料。聚苯胺由于具有良好的化學穩(wěn)定性、導電性和高的贗電容儲能特性，并且其具有原料易得、合成簡便、成本低廉的優(yōu)點，被認為是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ某夒娙萜麟姌O材料，目前成為人們廣泛關注和研究的熱點。本文以化學聚合法制備聚苯胺材料，系統(tǒng)研究了單一過渡金屬離子摻雜對聚苯胺電容特性的影響，優(yōu)選出ZnCl2摻雜的聚苯胺材料。考察了摻雜方式對Z

2、n2＋與H＋共摻雜聚苯胺電容特性的影響，確定了制備優(yōu)良電容性能聚苯胺材料的原位摻雜方式。通過原位復合制備了聚苯胺/活性炭復合材料，系統(tǒng)研究了活性炭添加量對聚苯胺/活性炭復合材料電容行為的影響；在此基礎上，研究了Zn2＋與H＋共摻雜聚苯胺/活性炭復合材料電容特性。獲得的主要研究結果如下：
　　 ⑴選用ZnCl2和FeCl3作為摻雜過渡金屬鹽，分別制備出ZnCl2摻雜聚苯胺材料(PZn)和FeCl3摻雜聚苯胺材料(PFe)。當充放電

3、電流密度為0.1A·g－1時，PZn的質量比容量為340F·g－1遠遠大于PFe(90F·g－1)。經(jīng)500次循環(huán)，PZn保持268F·g－1的比容量，衰減量只有12.1％，表現(xiàn)出較好的循環(huán)壽命特性。
　　 ⑵采用多種摻雜方式制備了Zn2＋與H＋共摻雜聚苯胺材料。與鹽酸摻雜聚苯胺(PH)相比，同步摻雜和異步摻雜制備的聚苯胺材料表現(xiàn)出幾乎相同的比容量、功率特性及循環(huán)壽命。原位摻雜制備的Zn2＋與H＋共摻雜聚苯胺材料(P1)具有較高

4、的比容量和較好的循環(huán)壽命特性；在電流密度為0.1A·g－1時，P1的比容量為369F·g－1，比PH的比容量大15F·g－1。1000次循環(huán)后，衰減量只有10％。
　　 ⑶通過原位復合，制備了鹽酸摻雜聚苯胺/活性炭復合材料。當原料中活性炭的添加量為苯胺質量的30％時，鹽酸摻雜聚苯胺/活性炭具有最小的電荷轉移內(nèi)阻，并且表現(xiàn)出較好的功率特性和循環(huán)壽命特性，在0.1A·g－1下充放電，比容量為364F·g－1；0.5A·g－1下，比容

5、量達338F·g－1，1000次循環(huán)后，比容量保持290F·g－1。當原料中活性炭的添加量為苯胺質量的10％時，鹽酸摻雜聚苯胺/活性炭具有最高的比容量，在0.1A·g－1下充放電，比容量高達370F·g－1。
　　 ⑷在確定活性炭添加量為30％的基礎上，制備了Zn2＋與H＋共摻雜聚苯胺/活性炭材料(PCZN)。與鹽酸摻雜聚苯胺/活性炭材料相比，PCZN具有較高的比容量，在0.1A·g－1下充放電，比容量達到376F·g－1。0.