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导电聚合物用作超级电容器电极材料,由于具有使用寿命长,可快速充放电以及较高的法拉第准电容等优点,使其成为制备超级电容器电极应用较为广泛的材料。在众多导电聚合物中,聚苯胺具有电化学性能优良、电导率较高、易于制备,电化学氧化还原可逆性好、价格低廉以及环境稳定性好等优点,已成为首选的超级电容器电极材料,深受众多研究者的关注。 为了合成电化学性能优良的聚苯胺基超级电容器电极材料,本论文以对甲基苯磺酸(TSA)为掺杂剂和乳化剂,过硫酸铵(APS)为引发剂,采用现场乳液聚合方法制备了对甲基苯磺酸掺杂聚苯胺(PANI/TSA)以及对甲基苯磺酸掺杂聚(苯胺/中性红)复合材料(TSA-PANI/PNR)。并通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、热稳定性分析(TG-DTG)、溶解性分析、电导率分析等一系列测试对PANI/TSA和复合材料TSA-PANI/PNR进行了分析和表征。将PANI/TSA和TSA-PANI/PNR活性物质制备成电极,以l mol/L H2SO4水溶液为电解液将其组装成超级电容器,并通过恒电流充放电、循环伏安、交流阻抗等测试技术对其电化学性能进行研究。研究结果表明, TSA-PANI/PNR电极表现出比PANI/TSA更优良的电化学性能,扫速为1 mV/s的循环伏安曲线的计算结果表明其单电极比电容可达1350 F/g,而PANI/TSA在相同的扫速下其单电极比电容仅为1038 F/g;在5 mA放电电流下,TSA-PANI/PNR组装的电容器首次充放电比电容可达348 F/g,1000次循环后其容量还可保持87％。 由于聚苯胺电极在长期的充放电循环过程中体积会发生膨胀和收缩,致使结构易坍塌,循环性能不好,故本文还通过原位聚合的方法制备了PANI/PNR和PANI/PNR/TiO2复合材料。利用扫描电子显微镜和X射线衍射对其形貌和结构进行了评判。PANI/PNR/TiO2复合材料扫描电镜测试结果表明TiO2纳米粒子镶嵌到PANI/PNR链的网络结构中,形成了微孔结构。并利用循环伏安、恒流充放电、循环寿命、交流阻抗等测试手段对其电化学性能进行表征。结果表明,PANI/PNR/TiO2复合材料在l mol/L H2SO4溶液中表现出较高的比容量和优良的循环性能。PANI/PNR/TiO2电容器在5 mA放电电流下PANI/PNR/TiO2复合材料比容量高达335 F/g,而PANI/PNR的质量比电容是260 F/g,PANI/PNR/TiO2复合材料的比容量比PANI/PNR高出约22%。另外,PANI/PNR/TiO2复合材料的循环稳定性较好,经过1000次循环后,复合材料PANI/PNR/TiO2和PANI/PNR容量衰减分别约为20%,32%,这说明了纳米TiO2的存在不仅增加了材料的比容量,同时也提高了复合材料的循环稳定性。