中大論文-利用炭氣凝膠填料改善聚苯胺的電化學(xué)性能_百(精)

1、利用炭氣凝膠填料改善聚苯月安的電化學(xué)性能報告人：徐飛 指導(dǎo)老師：符若文教授中山丸摩% AI主要內(nèi)容 1前言0 5致謝0 2結(jié)果1.1聚苯胺! fl從聚苯胺的導(dǎo)電特性被馬克迪爾米德(Akrn.G. MacDiarmid)在1984!年重新開發(fā)以肩，它成為材料和高技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點。超級電容器的優(yōu)勢：/比傳統(tǒng)電容器有更高 的能量密度/比充電電池有更高的 功率密度和使用壽命中山丸摩發(fā)光材料傳感器電容器防腐涂層二次電池電磁屏蔽1.2超級電容器3.6 ms36SIO3Li-phmarySpecific enerfly iwti kg-1)Fl& 1 Comparison of various e

2、lectrical energjfstorage devices(7MM)J*a圭存在的問題多次充放電過程中高分子鏈結(jié)構(gòu)易破壞，穩(wěn)定性差A(yù) 處于絕緣狀態(tài)時電阻升高，大電流充放電性能差1.2超級電容器聚苯胺特點信息技術(shù)航牢航犬高性能電極材料的開發(fā)交通運輸作為混合動力電動汽車的動力電源化學(xué)穩(wěn)定性好）電容特性高瘵機 d1.3合成簡單,原料易得“LJ實驗思路設(shè)計最有希望實際應(yīng)用于超級 電容器用導(dǎo)電聚合物材料中山丸學(xué)1.3實驗思路設(shè)計一維的導(dǎo)電通道成本髙，不宜大規(guī)模應(yīng)用容易團聚25%CNT:提髙1. 12倍三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)價格低廉，大規(guī)模應(yīng)用無團聚現(xiàn)象1.0%CA:提高2.54倍！1.3實驗思路設(shè)計Fig.

3、2. Schematic illustration of the procedure for preparing CA modified PANI.! 炭氣凝膠對稱性好.導(dǎo)電性高聚苯胺出現(xiàn)電壓降，電阻大400500600 6100200300400500f?ig. 4. Galvanostatic chaic-dischargc curves at 10 mA/cm of PANl/CA composites with variousCA/ANI mass ratios: (A) 0.3 wt.%. 用炭氣凝膠改性后，對稱性改善，導(dǎo)電性增加2.1電化學(xué)結(jié)果與分析0501001502000100

4、200300400500Time /sFig. 3. Galvanostatic chargc-dischargc curves at 10 m/Vcm of (A) CA and (B) PAN!.聚苯胺(PANI)中山丸學(xué)t MVMXITV2.1電化學(xué)結(jié)果與分析0.3% CA0 0-0.6-( (A)0.4020.0061.0% CA3.1% CA020.0-100200300400500C007.5% CA100 20022.1電化學(xué)結(jié)果與分析012345678CA/PANI mass ratio wt.%)Fig. 5. Effect of CA content on specific

5、 capacitance ofPANI/CA composites.炭氣凝膠改性的聚苯胺都比純聚苯胺比電容高:;當(dāng)含量為1 0毗時有最佳改性效果1I2.1電化學(xué)結(jié)果與分析350300250200150100500(6E aoue-oaeo PANIMPANICA1.010080()0逼UOQUsaleousQedeo10203050Current density (mA/cm2)10203040Current density (mA/cm2)50Fig. 7. Capacitance retention rates as a function ot the currentdensities f

6、or CA, PANI. and PANI-CA 1.0.604020Fig. 14 Comparison of capacitances of PANI andPANI-CA1.0 at different current density4035oo5o(6UZ)a)oueDedeoodCDds改性機理，是否改變了 聚苯胺的結(jié)2:隨電流密度增加，CA改性效果越明顯，電容保持率從:II:27. 6%提高到62. 8%.:2.2結(jié)構(gòu)一電化學(xué)分析聚苯胺:.- CA改性聚苯胺I;i炭氣凝膠三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò) 婁埋矍在聚舉戰(zhàn)萎住申Fig. 8. SEM photographs of PANI (A. B)

7、and PANI-CA1.0 (C. D).中山丸摩2.結(jié)果與討論400035003000250015001000500Wavelength (cm)(ooueuESUBl“ CA改性聚苯胺聚苯胺gg式和苯式強度基本沒有變化 聚苯胺化學(xué)結(jié)構(gòu)沒有改變1-ig. 9. ITiR spectra of PAN1 and PANI-CA1.0.Tabic I The adsorption wavelength and corresponding groupsC-llam-plMncKjndlmi： Ml ccx*mlnryamlnu聚苯胺山丸學(xué)2.2結(jié)296301963mil23456Z*(ohm)F

8、ig. 12.Nyquistplots in ihcrange of 10交流阻抗可以看出炭氣凝膠改性后電阻降低了! 循環(huán)穩(wěn)定性從69%提高到76%_ _ _ _ _ _ _0.00.10.20.30.40.50.6Voltage (V)Fig. 10.CV curves250200150100500-50100150200(OMIJno(nB) QSU2U-PANI-CA1.0 PANI 95 mOFig. 13Chargc-dischurgccycle ul a2.2結(jié)構(gòu)一電化學(xué)分析2 ThGta(degfeo)Fig. 11 XRD patterns of PANI and PANI-C

9、A 1.0.在循環(huán)伏安圖有一對氧化還原峰，兩樣品的峰位置基本相同，說明相同的化學(xué)結(jié)構(gòu)改性過的斜率I/V變大，說明導(dǎo)電性變好 CA的引入沒有改變聚苯胺的結(jié)晶特性1.利用原位化學(xué)氧化聚合法成功地介成了PANI/CA復(fù)合材料。結(jié)構(gòu)分析 表明，CA的引入不會改變PANI壘體的化學(xué)結(jié)構(gòu)和物理結(jié)晶特性。2.電化學(xué)測試衣叨，復(fù)合材料的電化學(xué)性能明顯好于純PANI；而且通過 調(diào)控CA用量還町進一步提高復(fù)合材料的電化學(xué)性能，研究表明最佳 的CA用量為苯胺單體的1.0 wl.%o在50 mA/cm2的大電流密度下，復(fù) 合材料最佳比電容為226 F/g,而PANI的只有89 F/g,提高了2.5倍。電 容保持率(5

10、5O mA/cm2)也從27.6%提高到62.8%。經(jīng)過200圈恒流充 放電后，循環(huán)穩(wěn)定性也有了一定的改善。3. CA的改性機理在?。撼浞烹娺^程小，炭納米網(wǎng)絡(luò)骨架在PANI基體中 起到三維導(dǎo)電通道和力學(xué)支撐點的作用，山此改善了PANI基體的功率 特性和循環(huán)穩(wěn)定性，從而賦予父合材料優(yōu)良的電化學(xué)特性。勺IIVVMMTY1. Fei Xu, Gengdong Zhen, Dingcai Wu*,Yeru Lang, Zhenghui Li, Ruowen Fu*,Improving electrochemical performanee of polyaniline by introducing carbonaerogel as filler. Electrochim. Acta,revised.(IF=2.848)2.徐飛鄭耿東吳丁財符若文 S 第十四屆反應(yīng)性高分子會議論文，廣州,2008年.3.結(jié)4.發(fā)中山丸勺IIVVMMTY中山丸5.致謝符若文老師、吳丁財老師給了我無微不至的關(guān)懷和悉心的指導(dǎo)。他們淵 博的知識，嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)態(tài)度和非凡的科研能力讓我受益匪淺。在生活中 他