聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-碳材料復合電極材料的制備及性能的研究.pdf

1、21世紀，解決日趨短缺的能源問題和日益嚴重的環(huán)境污染，對我國的科學技術界帶來了挑戰(zhàn)，各種高能電能存儲裝置在未來的人類社會發(fā)展中將發(fā)揮不可或缺的作用。近幾年，對超級電容器的能量儲存機理和先進納米結構材料的研究不斷取得新突破，使超級電容器的電化學性能得到了顯著的提高。其中，將一種或多種具有高贗電容的物質與不同結構碳材料制備成復合材料，得到具有較高電化學性能的新型電極材料。二氧化錳（MnO2）由于具有高比電容、資源廣、價格低廉、制備簡單和環(huán)境

2、友好等特點，而聚(3,4-乙烯二氧噻吩)（PEDOT）不僅具有上述優(yōu)點，還具有高導電性，因此均受到廣泛研究。本文選擇具有一定機械強度、柔韌性和高導電的碳布（CC）及碳紙（CP）作為碳材料基體，在其表面通過氣相蒸發(fā)沉積聚合法(EVPP)分別制備了PEDOT/CC、PEDOT/CP、PEDOT/MnO2/CC和MnO2/PEDOT/CC可自支撐復合電極材料，并對復合電極材料的形貌與結構及其電化學性能進行了測試和研究。
　　首先將CC通

3、過濃硫酸表面蝕刻處理后作為基體材料，采用氣相蒸發(fā)聚合法制備PEDOT/CC復合材料。通過控制單體與氧化劑的摩爾比，聚合時間，聚合溫度等條件，制備了一系列不同厚度的PEDOT/CC復合材料，采用FESEM、FTIR、Raman、XRD、XPS等手段對其結構和形貌進行了表征，并通過循環(huán)伏安（CV）、恒流充放電(CD)、交流阻抗(EIS)等測試方法對其電化學性能進行了研究。結果表明，當單體與氧化劑摩爾比為7.1，聚合時間為185 min，聚合

4、溫度為130℃時有利于納米針狀PEDOT的形成。所制備的PEDOT/CC-T185復合材料在1 mA/cm2下的比電容高達211 mF/cm2，由1 mA/cm2增大至10 mA/cm2其倍率性能保持68.3％，1 mA/cm2的電流密度下循環(huán)3000次后，比電容保持初始的85.7%。將其組裝為柔性超級電容器，最大瞬時功率密度為20.3 mW/cm2，最大能量密度為18.56μWh/cm2。
　　由于碳紙比碳布具有更高的電導率，按

5、照已探究得到的實驗條件，通過控制EDOT單體的含量得到在CP表面生長不同形貌PEDOT的納米結構，制備了一系列PEDOT/CP復合材料，在1 mA/cm2時比電容達到138 mF/cm2，電流密度1 mA/cm2從10 mA/cm2，比電容保持在59.5%；電流密度2 mA/c m2時循環(huán)4000次后，比電容保持初始的72.6%。碳紙雖然具有更高的電導率，但形成的復合材料電容性不及PEDOT/碳布復合材料。
　　為達到更高的比電容

6、值，將PEDOT/MnO2/CC制成三元復合材料，研究了聚（3,4乙烯二氧噻吩）和二氧化錳兩者同時沉積在表面改性的碳布上的協(xié)同效果，構造了PEDOT/MnO2/CC、MnO2/PEDOT/CC兩種不同三元復合材料結構，在1 mA/cm2下，兩者各自的比電容分別為391.3 mF/cm2和295.7 mF/cm2，倍率性能在電流密度由1 mA/cm2增大10倍時分別保持46.3%和70.8%。在電流密度為1 mA/c m2時恒電流充放電3