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超级电容器是一种介于传统电容器和电池之间的新型储能元件,具有功率密度大、能量密度高、充放电速度快、无污染和寿命长等特点。电极材料是影响其性能的关键因素之一。聚苯胺(PANI)因具有合成工艺简单、成本低廉、电学性能优异等优点,成为众多导电聚合物中备受关注的电极材料。作为电极材料,聚苯胺的结构、微观形貌、导电性等对其电化学性能有较大的影响。本文通过引入表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、海藻酸钠(SA)模板以及复合方法的改变对电极材料的结构、微观形貌进行调控,以期获得电化学性能优异的聚苯胺基超级电容器电极材料,主要研究内容如下: 1.在SDBS存在下,以KMnO4和MnSO4为原料,采用液相共沉淀法制备了MnO2电极材料,并以其与苯胺(An)单体为原料制得了PANI/MnO2-SDBS复合材料。傅利叶变换红外光谱(FT-IR)、X-射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)表征结果表明:SDBS对所制 MnO2的晶型结构无明显影响,但使其尺寸减小,形貌发生变化;电化学测试结果表明:当 SDBS浓度达到0.023 mol/L时,MnO2-SDBS比电容最高(196.4 F/g),相对于纯 MnO2的提高了23.7%;以MnO2-SDBS为原料制备的 PANI/MnO2-SDBS是由通过 PANI紧密相连的粒径约30~50 nm的纳米颗粒所组成;比电容最高为207.5 F/g,相对于纯PANI的提高了10.8%,而PANI/MnO2的比电容为244.7 F/g,较纯PANI的比电容提高了30.7%。 2.以SA为软模板,采用原位聚合法在不同的反应体系中制备了PANI/SA电极材料。研究结果表明:在碱溶中性体系中制得的 PANI/SA1为纳米纤维状结构,纳米纤维之间相互交织缠绕,形成网状形貌;在水溶酸性体系中制得的PANI/SA2为纳米颗粒与纳米棒堆积成的珊瑚状形貌。两种体系中所制得PANI/SA的比电容都随SA浓度的增大先升高后降低,但PANI/SA1的比电容高于PANI/SA2的。当SA浓度为0.01 wt%时,PANI/SA1的比电容达最高(459.7 F/g),相对于不加SA时所制PANI的比电容提高了22.4%。 3.采用原位化学氧化聚合法制备了不规则颗粒状 PANI/SA/MnO2复合材料,该材料适于在水溶酸性的反应体系中制备,当MnO2加入量为200 mg,HCl浓度为1 mol/L时所得的复合材料的比电容值最高(538.6 F/g),较PANI/SA2的比电容升高了31.6%;经50次循环充放电后,复合材料的比电容为初始比电容的51.2%,其循环稳定性较未加MnO2的有所改善。 4.采用一锅法合成了 PANI/SA/MnO2复合材料,研究了 KMnO4的浓度等对复合材料电化学性能的影响。实验结果表明:PANI/SA/MnO2主要以粒径为30~60 nm的纳米颗粒的形态存在,伴有少量的棒状结构存在。PANI/SA/MnO2的比电容都随反应体系中KMnO4浓度的增大先升高后降低,当KMnO4的浓度为0.03 mol/L,HCl浓度为1 mol/L时所得的复合材料的比电容最高(512.2 F/g),较未加KMnO4 的比电容升高了25.1%;经50次循环充放电后,复合材料的比电容为初始比电容的50.1%,其循环稳定性较PANI/SA2的有所改善。