高比能超級(jí)電容器電極材料的研究

高比能超級(jí)電容器電極材料的研究

其他普通條件型的solipheenthofmolithiop3poli31堅(jiān)持1。2Themechanismofstorgeenergyofsupercapacitor4Electrodematerialsofsupercapacitorbasedonpolypyrrole5Electrodematerialsofsupercapacitorbasedonpolythiophene1超級(jí)電容器電極材料電化學(xué)超級(jí)電容器(electrochemicalsupercapacitors,ES)也叫超級(jí)電容器(supercapacitors),是介于電池和傳統(tǒng)電容器之間、能快速充放電、基于電極/溶液界面電化學(xué)過程的儲(chǔ)能元件。自從1957年Becker申請(qǐng)了第一個(gè)超級(jí)電容器專利后,便在世界范圍內(nèi)掀起了超級(jí)電容器的研究熱潮,然而直到1978年由Panasonic/Matsushita公司開發(fā)的超級(jí)電容器產(chǎn)品才在市場(chǎng)上出現(xiàn)。由于具有高的能量密度、較長的循環(huán)使用壽命、環(huán)境友好和安全性高等優(yōu)點(diǎn),超級(jí)電容器可以廣泛應(yīng)用于交通、移動(dòng)通信、信息技術(shù)、航空航天和國防科技等領(lǐng)域[7—10]。隨著對(duì)超級(jí)電容器電極材料和器件結(jié)構(gòu)的深入研究,研究者認(rèn)識(shí)到要提高電容器的綜合性能,關(guān)鍵在于尋找合適的電容器電極材料。目前,超級(jí)電容器的電極材料可分為三類:多孔碳材料(活性炭、碳纖維、碳納米管等),金屬氧化物(RuO2、IrO2等)以及導(dǎo)電聚合物(聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩及其衍生物)(表1)。多孔碳材料和金屬氧化物作為電容器電極的研究已有較多的報(bào)道[12—18],而導(dǎo)電聚合物作為電容器電極的研究相對(duì)起步較晚。由于該類材料具有成本低、比容高、充放電時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn),近年來成為超級(jí)電容器電極材料研究的熱點(diǎn)。本文對(duì)超級(jí)電容器的工作原理及近些年導(dǎo)電聚合物在電容器電極材料的研究成果做了簡要總結(jié),闡述了該類材料在超級(jí)電容器的應(yīng)用前景及價(jià)值。2電極材料和法拉第準(zhǔn)電容器超級(jí)電容器可以按電極材料進(jìn)行分類,但是更普遍的是按儲(chǔ)能機(jī)理分類。超級(jí)電容器按照儲(chǔ)能機(jī)理可分為兩類:(1)電化學(xué)雙層電容器(圖1),其能量的儲(chǔ)存主要由離子和電子在電解液和電極表面分離形成雙電層來完成,常用電極材料有多孔碳材料;(2)法拉第準(zhǔn)電容電容器(圖2),其能量的儲(chǔ)存主要是由特定電壓下電極材料的快速法拉第反應(yīng)來完成,常用電極材料有金屬氧化物和導(dǎo)電聚合物。由于法拉第準(zhǔn)電容器是通過法拉第反應(yīng)和雙電層共同作用達(dá)到高儲(chǔ)能特性,因此相比雙電層電容器具有較大的電容量,大容量的電容器更趨于使用法拉第準(zhǔn)電容器。目前用于這類超級(jí)電容器電極材料的金屬氧化物多為稀有金屬銥和釕,雖然這些材料能提供大容量的電容但卻因資源稀缺而受限。因此以聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩及其衍生物為代表的導(dǎo)電聚合物電極材料越來越多地引起了人們的關(guān)注。3電極材料的制備聚苯胺自被發(fā)現(xiàn)適當(dāng)摻雜可以導(dǎo)電后受到研究者的廣泛關(guān)注。由于具有成本低、易聚合、穩(wěn)定性好、易摻雜、高比容量等[24—26]優(yōu)點(diǎn),聚苯胺在超級(jí)電容器中被廣泛用于電極材料。Wang等通過電化學(xué)方法在柔性基片上制備了聚苯胺,并將其作為電極進(jìn)行電容性能的表征:在1mol/LH2SO4溶液中測(cè)試其比容量為233F/g,比體積容量為135F/cm3,該方法制備的電極為制備柔性電容器提供了可行性思路;由于柔性電容器在柔性鋰電池、化學(xué)傳感器和太陽電池等領(lǐng)域的大量需求,因而該方法有望進(jìn)一步拓展電容器的應(yīng)用。Subramania等通過化學(xué)氧化聚合(電流密度2mA/cm2)得到了檸檬酸摻雜的聚苯胺(檸檬酸與聚苯胺配比是1∶1)納米纖維,所得纖維平均直徑約為80—100nm(圖3),其比容量隨著直徑的減小而有所增加;在1mol/LH2SO4溶液中掃描速率為5mV/s時(shí)其比容量達(dá)298F/g,該方法所制備的電極材料在能量存儲(chǔ)器件中存在潛在應(yīng)用價(jià)值。Ryu等通過化學(xué)氧化聚合分別制備了HCl、LiPF6摻雜的聚苯胺材料,雖然兩種物質(zhì)摻雜所需時(shí)間不同,但機(jī)理相似,所得顆粒大小分別為90nm、160nm(圖4);經(jīng)過層壓(壓力為40kgf/cm,溫度為120℃)方法制備成電容器電極,在1mol/LEt4NBF4乙腈溶液中測(cè)試其電容性能,發(fā)現(xiàn)不同充放電電流密度下得到的比容量對(duì)電流密度依賴性很強(qiáng);兩種摻雜方式制備的電極經(jīng)5000次充放電測(cè)試后其比容量衰減約21%,因而這兩種電極均有較好的穩(wěn)定性。Gupta等通過電化學(xué)方法在不銹鋼(1cm×1cm)基板上制備了聚苯胺納米線,其直徑為30—60nm,在基板上沉積的厚度約20μm,為相互交錯(cuò)的多孔結(jié)構(gòu);在1mol/LH2SO4中測(cè)試其電容性能,當(dāng)循環(huán)掃描速率分別為10mV/s和200mV/s時(shí)其比容量分別為775F/g和562F/g;雖然不同掃描速率下比容量降低了25%,但比同等掃描速率條件下報(bào)道的金屬氧化物(下降50%—80%)電極材料要好很多,經(jīng)過500次、1500次充放電后測(cè)試其比容量衰減分別約8%、9%,因此該方法制備的納米結(jié)構(gòu)聚苯胺具有高的穩(wěn)定性。Raman等利用不同脈沖電壓(0.9V和1.0V,圖5)制備了顆粒大小為20—40nm聚苯胺納米顆粒;在1mol/LH2SO4中進(jìn)行電容性能表征,不同掃描速率對(duì)兩種脈沖電壓下制備的電極進(jìn)行循環(huán)伏安測(cè)試,發(fā)現(xiàn)兩種電極的穩(wěn)定性均較好,但是兩種電壓下得到的聚苯胺比容量相差較大,分別為81F/g(0.9V)和166F/g(1.0V),該方法為開發(fā)電極材料提供了一種新的思路。Sivaraman等通過化學(xué)氧化聚合制備了聚苯胺電極,并組成聚苯胺電極//FEP-g-AA-SO3H//聚苯胺電極的三層結(jié)構(gòu),其中FEP-g-AA-SO3H(1)為固態(tài)電解質(zhì);通過測(cè)試發(fā)現(xiàn)該固態(tài)電容器經(jīng)1500次的充放電后比容量衰減約為20%,因而該方式組裝的電容器具有較高的穩(wěn)定性,給便攜式固態(tài)電容器發(fā)展提供思路。聚苯胺是目前研究比較熱的導(dǎo)電聚合物材料,在電容器電極材料領(lǐng)域的研究成果較多。納米結(jié)構(gòu)與體材料相比具有比表面積較大、成本低等優(yōu)點(diǎn)。因此,納米結(jié)構(gòu)聚苯胺電極材料在電容器這種希望擁有高比表面積電極材料的器件中有著獨(dú)特的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)。目前,對(duì)于電容器中電極材料的研究幾乎都是圍繞著聚苯胺納米結(jié)構(gòu)的制備方法以及其電容性能的研究。為了得到理想比容量的聚苯胺電極材料,研究者正在嘗試不同方式制備聚苯胺納米結(jié)構(gòu),相應(yīng)的研究成果將會(huì)給研究者帶來更多的驚喜,勢(shì)必會(huì)在開發(fā)超級(jí)電容器中發(fā)揮重要作用。4聚吡咯的電化學(xué)性能聚吡咯也是一類用途很廣的導(dǎo)電聚合物材料,由于具有高的電導(dǎo)率、良好的環(huán)境適應(yīng)性、較好的氧化還原性、易在多種有機(jī)溶液和水溶液中制備,成為超級(jí)電容器電極材料研究的焦點(diǎn)之一。聚吡咯類材料一般通過化學(xué)氧化聚合和電化學(xué)聚合得到,兩種方式制備的電極材料電容性能相差較大。一般而言,電化學(xué)聚合較簡單,研究也比較多,但電容性能較差。Kim等通過電化學(xué)聚合分別制備了聚吡咯-LiClO4、聚吡咯-Nafion(高氟化樹脂)摻雜電極材料;在1mol/LNa2SO4中測(cè)試電容性能,發(fā)現(xiàn)LiClO4和Nafion摻雜的聚吡咯比容量分別為355F/g和344F/g,但是經(jīng)Nafion摻雜的聚吡咯在3000次充放電測(cè)試后其比容量能保持90%,經(jīng)LiClO4摻雜的聚吡咯在同等條件下充放電測(cè)試后比容量僅能保持70%,所以Nafion摻雜的聚吡咯材料更適合在超級(jí)電容器中充當(dāng)電極材料。Sharma等通過脈沖電化學(xué)方法制備了多孔聚吡咯電極,聚吡咯的表面形貌與所給脈沖信號(hào)有密切關(guān)系,脈沖信號(hào)較短時(shí)所得材料比較好,信號(hào)較長時(shí)會(huì)使聚吡咯的缺陷增加;在0.5mol/LH2SO4溶液中測(cè)試電容性能,發(fā)現(xiàn)比容量高達(dá)400F/g,比能量密度達(dá)250Wh/g,并且經(jīng)10000次充放電測(cè)試其比容量衰減很小,該方法制備的電極能為電容器電極的研究提供較好的方向。Ramya等在不銹鋼基板上通過電化學(xué)聚合制備了聚吡咯材料電極,對(duì)該電極材料結(jié)構(gòu)表征發(fā)現(xiàn)其顆粒大小約500nm;然后采用循環(huán)伏安、充放電及交流阻抗測(cè)試給出了其等效電路圖,并且經(jīng)1000次充放電測(cè)試其比容量約保持在100F/g;電容器等效電路圖的給出有利于電容器器件效率的評(píng)估,為電容器的實(shí)際應(yīng)用提供了更加詳細(xì)的參數(shù)指標(biāo)。Sun等通過電化學(xué)聚合在NaCl、NaClO4溶液中分別以Ni膜為襯底制備了Cl-、ClO4-摻雜的聚吡咯膜,探討了兩種不同陰離子摻雜聚吡咯的電容性能:在1mol/LNaCl溶液中測(cè)試,得到Cl-摻雜的聚吡咯比ClO4-摻雜比容量要高(離子半徑較小更易于充放電離子的注入與抽取),但可逆性能和穩(wěn)定性較差,綜合考慮性能較好的是ClO4-摻雜的聚吡咯;對(duì)該電極進(jìn)一步考察發(fā)現(xiàn),經(jīng)過800次充放電測(cè)試其比容量衰減很小,可以作為電容器電極材料。聚吡咯類材料在電容器中主要應(yīng)用的是聚吡咯,有關(guān)其衍生物的研究報(bào)道較少。對(duì)于聚吡咯而言,研究集中在以吡咯為成分的有機(jī)-無機(jī)復(fù)合物中。通過復(fù)合的方式對(duì)單一聚吡咯性能進(jìn)行改善,能制備出電容性能較好的電極材料。因此,聚吡咯復(fù)合材料的制備及其在電極中的應(yīng)用已漸漸成為研究的趨勢(shì)。5電化學(xué)聚合制備聚噻吩類用于超級(jí)電容器電極材料主要是通過對(duì)噻吩進(jìn)行一定的修飾再制備成相應(yīng)的電極材料。Biso等制備了聚3-甲基噻吩電極材料并考察其電容性能,其比容量達(dá)到200F/g。Kim等制備了聚3-辛基噻吩與多壁碳納米管的復(fù)合材料,通過對(duì)該材料電容性能的表征,指出其有望成為一類性能較好的電極材料。Ferraris等探討了PEPT(2)、PMSPT(3)、MPFPT(4)、PCNPT(5)4種噻吩衍生物作為電極材料的電容性能,指出這4種材料均具有較高的比能量密度和較高的穩(wěn)定性,均有望作為電容器的新電極材料。目前,常用的聚噻吩類材料主要是PEDOT(6),這是由于PEDOT具有可見光區(qū)較高的透明度、良好的環(huán)境穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性、較低的氧化還原電位、較高的電導(dǎo)率以及可n型或p型摻雜等優(yōu)點(diǎn)。Liu等通過電化學(xué)聚合在離子液中制備了PEDOT電極材料,發(fā)現(xiàn)離子液會(huì)影響PEDOT的氧化電位和表面形貌;在0.5mol/LH2SO4和含1mol/LLiClO4的乙腈溶液中分別測(cè)試其電容性能,在H2SO4中測(cè)試的比容量是LiClO4中的7倍,比容量為130F/g;在H2SO4中進(jìn)一步測(cè)試發(fā)現(xiàn)經(jīng)1000次充放電測(cè)試比容量幾乎不變,經(jīng)20000次充放電后比容量仍然保持110F/g,經(jīng)70000次充放電比容量衰減僅25%,因此該電極材料具有相當(dāng)高的穩(wěn)定性,接近實(shí)際的應(yīng)用要求。Patra等通過電化學(xué)聚合在不銹鋼基板上制備了PEDOT電極材料,在不同電解液中進(jìn)行電容性能的考察,1mol/L草酸中比容量最高為250F/g。Bhat等通過在不同電壓下電化學(xué)聚合制備了n型和p型摻雜的PEDOT電極材料,測(cè)試發(fā)現(xiàn)兩種類型電極的最大比容量只有121F/g,但是通過這種方式制備電極體現(xiàn)了PEDOT材料可多樣摻雜的特點(diǎn),從而可以擴(kuò)大PEDOT在電容器領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。Liu等通過多孔氧化鋁模板利用電化學(xué)聚合制備了PEDOT納米管電極,在1mol/LLiClO4溶液中進(jìn)行測(cè)試,發(fā)現(xiàn)掃描速率從50mV/s增加到1000mV/s的過程中,電極仍然保持良好的電容特性,且比容量最高達(dá)140F/g(接近理論比容量的70%),而且比功率能達(dá)25kW/kg,因而該結(jié)構(gòu)的PEDOT電極是較好的電極材料。聚噻吩類材料作為電容器電極材料的應(yīng)用主要集中在其衍生物,對(duì)聚噻吩的研究較少。噻吩經(jīng)修飾后可得到的衍生物很多,可是能滿足超級(jí)電容器性能且研究比較活躍的是PEDOT。由于可以n型和p型摻雜,這樣PEDOT可以比其他物質(zhì)更具有結(jié)構(gòu)和性能上的可選擇性,因而也會(huì)在電容器電極材料的研究中受到更多關(guān)注和期望。6聚吡咯-vcgf-ac復(fù)合電極的穩(wěn)定性超級(jí)電容器發(fā)展至今,研究越來越注重其綜合性能的提高。導(dǎo)電聚合物是一類較新的電極材料,與碳材料和金屬氧化物相比有著很多獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),但是該類材料在多次充放電以后存在循環(huán)壽命不高、離子傳輸較慢等缺點(diǎn)。因而采用導(dǎo)電聚合物與碳材料或金屬氧化物進(jìn)行適當(dāng)?shù)膹?fù)合成為電極材料研究的又一亮點(diǎn)。碳材料中的多孔碳材料和碳納米管均具有高比表面積、高導(dǎo)電率和化學(xué)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。如果能以多孔碳材料或碳納米管為載體復(fù)合適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電聚合物,勢(shì)必會(huì)大大改善電極材料性能;金屬氧化物與導(dǎo)電聚合物的復(fù)合可以將導(dǎo)電聚合物作為載體,通過模板(軟模板和硬模板)、無模板等方法將其制備成相應(yīng)的納米結(jié)構(gòu),然后與納米的金屬氧化物進(jìn)行復(fù)合。有機(jī)-無機(jī)材料的復(fù)合能體現(xiàn)兩種材料的協(xié)同作用,可以通過復(fù)合充分發(fā)揮兩類材料的各自優(yōu)勢(shì),改善電極的綜合性能。Li等通過化學(xué)方法制備了聚苯胺-碳材料復(fù)合電極,增加了聚苯胺電極的穩(wěn)定性,提高了比容量,在30wt%KOH溶液中測(cè)試其比容量高達(dá)747F/g,有望借此開發(fā)高比容量的電極材料。Kim等通過化學(xué)氧化聚合制備了聚吡咯-VGCF(氣相生長碳纖維)、聚吡咯-VGCF-AC(活性炭)兩種復(fù)合電極,探討了聚吡咯-VGCF電極中VGCF上聚吡咯膜不同厚度對(duì)其電容性能的影響,以及聚吡咯-VGCF-AC中聚吡咯-VGCF與AC不同配比對(duì)電極材料的電容性能的影響;研究發(fā)現(xiàn)VGCF上聚吡咯膜的厚度在5—10nm時(shí)聚吡咯-VGCF電極的比容量最高達(dá)588F/g(6mol/LKOH溶液中掃描速率30mV/s),且具有很好的穩(wěn)定性(6mol/LKOH溶液中掃描速率200mV/s時(shí)比容量保持550F/g);聚吡咯-VGCF-AC復(fù)合電極中聚吡咯-VGCF質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%,AC為20%時(shí)比容量最高,其在6mol/LKOH溶液中掃描速率為200mV/s時(shí)測(cè)試其比容量達(dá)300F/g,穩(wěn)定性也很好;文獻(xiàn)指出,加活性炭后比容量減少與VGCF有關(guān),如果將VGCF換成碳納米管或許不會(huì)出現(xiàn)此類情況,但是兩種復(fù)合電極仍可作為高比容量超級(jí)電容器電極材料。Cebeci等對(duì)PEDOT進(jìn)行修飾制備了ENBTE(7),通過電化學(xué)聚合制備了ENBTE-CFME(碳纖維復(fù)合電極),在含0.1mol/LEt4NBF4的二氯甲烷溶液中考察其電容性能,經(jīng)循環(huán)伏安、充放電測(cè)試表明該復(fù)合材料能夠作為一種新型的電極材料,該方法為開發(fā)以PEDOT為單體的電極材料提供了有效的借鑒。Gupta等通過電化學(xué)聚合制備了聚苯胺-單壁碳納米管復(fù)合電極,并且討論了聚苯胺不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)下復(fù)合材料的形態(tài),在70—75wt%時(shí)聚苯胺能較好地附著在碳納米管上;在1mol/LH2SO4中測(cè)試發(fā)現(xiàn)當(dāng)聚苯胺含量在73wt%時(shí)所得復(fù)合電極的比容量達(dá)485F/g,比能量達(dá)228Wh/kg,比功率達(dá)2250W/g,經(jīng)500次、1000次充放電后其比容量衰減分別僅5%、6%,因而有著較高的穩(wěn)定性能,該復(fù)合電極為實(shí)用電容器電極的開發(fā)提供思路。Sivakkumar等通過化學(xué)聚合分別制備了聚苯胺納米纖維、聚苯胺-多壁碳納米管電極材料,并均在1mol/LH2SO4溶液中表征了兩種電極的電容性能:單純的聚苯胺電極比容量能達(dá)到554F/g,經(jīng)過連續(xù)1000次充放電后,測(cè)試其比容量下降迅速(約為初始比容量的10%,57F/g)即衰減很厲害;而聚苯胺-多壁碳納米管復(fù)合電極比容量能達(dá)到606F/g,并且連續(xù)200次充放電后,測(cè)試其比容量下降很少,連續(xù)1000次充放電后測(cè)試其比容量為386F/g,即有較穩(wěn)定的比容量,這在實(shí)際應(yīng)用中有著很高價(jià)值。Zhou等通過化學(xué)聚合制備了聚吡咯-單壁碳納米管復(fù)合電極,通過苯磺酸對(duì)單壁碳納米管進(jìn)行處理,然后再與吡咯反應(yīng)制備電極材料,在6mol/LKOH溶液中測(cè)試其電容性能,發(fā)現(xiàn)比容量達(dá)350F/g,比能量密度達(dá)3.3kJ/kg。Jiyoung等通過化學(xué)氧化聚合制備了聚吡咯-單壁碳納米管復(fù)合電極,復(fù)合使兩種材料在結(jié)構(gòu)上相互填補(bǔ),從而形成多孔的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),探討了兩種組分不同配比下對(duì)復(fù)合電極電容性能的影響:在1mol/LNaCl溶液中測(cè)試,發(fā)現(xiàn)兩種組分配比為1∶1時(shí)比容量最高達(dá)131F/g,比純的碳納米管(17F/g)和純的聚吡咯(90F/g)電極均要高很多,此種制備電極的方法在工業(yè)生產(chǎn)中較容易實(shí)現(xiàn)。Fang等通過脈沖電化學(xué)方法在多壁碳納米管上沉積聚吡咯得到聚吡咯-多壁碳納米管復(fù)合電極材料,探討了不同脈沖時(shí)間下復(fù)合電極比容量的變化,當(dāng)脈沖持續(xù)5s、間隔600s時(shí)吡咯能與多壁碳納米管適量摻雜,且復(fù)合電極比容量最高;在1mol/LNa2SO4溶液中測(cè)試能達(dá)到427F/g,該方法制備的電極能更直接地用于實(shí)際電容器器件中。Chen等通過水熱法制備了PEDOT-多壁碳納米管復(fù)合電極材料,先利用PSS(聚苯乙烯磺酸)對(duì)碳納米管進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚砣缓筮M(jìn)行復(fù)合,PSS的出現(xiàn)使得PEDOT能在碳納米管上形成均勻的膜,使所形成的復(fù)合物能形成協(xié)同互補(bǔ)效應(yīng)的核-殼結(jié)構(gòu);在0.5mol/LH2SO4溶液進(jìn)行測(cè)試,兩種組分配比為1∶1時(shí)比容量最高達(dá)198.2F/g,且2000次充放電測(cè)試后比容量衰減約26.9%,該復(fù)合物電極比容量雖不是很高但是所得到的特殊核-殼結(jié)構(gòu)為制備電極材料開辟了新方向。利用導(dǎo)電聚合物與多孔碳材料、碳納米管復(fù)合制備的電極材料,其電容性能均比單一材料要好且綜合性能優(yōu)越,該方法為超級(jí)電容器電極材料的制備提供了很好的方向。聚合物不僅能與碳材料復(fù)合得到效果較好的電極材料,與金屬氧化物復(fù)合也能得到效果很好的電極材料。Sun等通過電化學(xué)聚合制備了聚苯胺、聚苯胺-MnOx電極材料(式1為氧化錳的充放電過程),并在1mol/LNaNO3溶液中分別表征了兩種電極的電容性能:單純聚苯胺為408F/g,而聚苯胺-MnOx電極材料的比容量達(dá)588F/g(比單純的聚苯胺電極比容量提高約44%);經(jīng)過連續(xù)1000次充放電后復(fù)合電極的比容量仍然保持90%(相對(duì)于初始比容量),其庫侖效率也高達(dá)98%,測(cè)試電極質(zhì)量增加對(duì)比容量沒有大的影響。Hu等制備了聚苯胺-SnO2復(fù)合電極,先通過溶膠-凝膠制備了直徑為20—60nm的SnO2顆粒,然后經(jīng)化學(xué)氧化聚合制備復(fù)合電極;經(jīng)過對(duì)復(fù)合電極結(jié)構(gòu)的分析得到SnO2嵌入到聚苯胺的網(wǎng)狀主鏈上,增加了電極接觸界面的孔隙率;在1mol/LH2SO4溶液中分別測(cè)試純SnO2電極和復(fù)合電極的電容性能,復(fù)合電極的比容量約為純SnO2電極的3倍,比能量密度為42.4W·h/kg,庫侖效率為96%,且經(jīng)500次充放電后其比容量衰減僅4.5%;該電極充分體現(xiàn)了兩種材料的協(xié)同效應(yīng),使得兩種材料的性能得到了相互補(bǔ)充。Song等通過化學(xué)氧化聚合分別制備了聚苯胺、聚苯胺-Nafion、聚苯胺-Nafion-RuO2電極材料(式2為RuO2水合物充放電過程),討論了RuO2水合物不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)下復(fù)合物形貌對(duì)電容性能影響,發(fā)現(xiàn)含量約為50%時(shí)最佳;在1mol/LH2SO4溶液進(jìn)行電容性能的測(cè)試,分別采用不同掃描速率時(shí)3種電極的比容量大小始終是:聚苯胺-Nafion-RuO2>聚苯胺-Nafion>聚苯胺,并且聚苯胺-Nafion-RuO2電極材料的比容量達(dá)475F/g,3種電極經(jīng)1000次充放電后測(cè)試其比容量衰減分別為:20%(聚苯胺-Nafion-RuO2)、16%(聚苯胺-Nafion)、38%(聚苯胺),該方法所得電極具有較高的比容量和較好的穩(wěn)定性能可為高比電容器的開發(fā)提供借鑒。Mallouki等通過化學(xué)聚合制備了聚吡咯-Fe2O3納米復(fù)合電極,其顆粒大小在400—500nm,且Fe2O3納米顆粒附著在聚吡咯主鏈上充當(dāng)支撐聚合物生長的支持物;討論了不同配比、不同電解液中復(fù)合電極的電容性能,發(fā)現(xiàn)當(dāng)聚吡咯含量在70—82wt%時(shí)復(fù)合材料的電導(dǎo)率最好且阻抗最低;在1mol/LPC/NEt4BF4溶液中測(cè)試有著高比容量和高穩(wěn)定性,且經(jīng)過1000次充放電后比容量衰減僅有3%。Graeme等通過化學(xué)聚合制備了聚吡咯-磷鉬酸鹽多孔復(fù)合電極,討論了兩種物質(zhì)配比、多孔的含量對(duì)電容性能的影響;發(fā)現(xiàn)配比在10∶1(吡咯與磷鉬酸鹽)且多孔含量應(yīng)該適中時(shí)性能較好,在0.5mol/LH2SO4中測(cè)試其比容量高達(dá)700F/g,經(jīng)過4000次充放電后比容量衰減僅有10%,并且換成其他電解液時(shí),在1000—2000次充放電后比容量衰減也是10%;同時(shí)指出,該復(fù)合電極比先前報(bào)道的比容量(240F/g)提高了很多,這一方法為超級(jí)電容器的實(shí)際應(yīng)用邁出了很重要的一步。Zang等通過無模板法在pH=6.8的磷酸緩沖液中制備了排列較好的聚吡咯納米結(jié)構(gòu),然后利用濺射法在制備好的聚吡咯上進(jìn)行RuO2的復(fù)合,得到聚吡咯-RuO2復(fù)合電極材料;在1mol/LH2SO4溶液中測(cè)試電容性能,發(fā)現(xiàn)復(fù)合電極的比容量是無RuO2復(fù)合的聚吡咯電極的3倍(大約302F/g),且復(fù)合電極穩(wěn)定性較好,經(jīng)300次充放電測(cè)試其比容量仍然保持90%,該復(fù)合電極材料有望在微電容電器中得到應(yīng)用。Murugan等利用化學(xué)氧化聚合制備了PEDOT-MoO3納米復(fù)合電極,通過對(duì)復(fù)合前后結(jié)構(gòu)的測(cè)試發(fā)現(xiàn)兩種物質(zhì)在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生了互補(bǔ)的效應(yīng),從而使得復(fù)合物比單一MoO3的電導(dǎo)率提高了幾個(gè)數(shù)量級(jí);在含1mol/LLiClO4的碳酸乙烯酯與碳酸二甲酯混合溶液(體積比1∶1)中測(cè)試其電容性能,得到復(fù)合電極的比容量約為300F/g比單一MoO3的比容量(約為40mF/g)