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竹炭/聚苯胺复合材料作为超级电容器电极材料的研究

作　者: 方偎
导　师: 陈晓红
学　校: 北京化工大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 竹炭 聚苯胺 动态界面聚合 超级电容器
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


自进入21世纪以来,煤、石油等天然能源日益紧缺,能源与可持续发展日益受到关注。超级电容器以其高的能量密度和功率密度,超长的使用寿命成为人们研究的热点。竹子的生长速度快、产量高、成本低,其炭化产物竹炭作为超级电容器电极材料使用,具有无污染、导电性高、充放电性能稳定等优势,但容量较低。聚苯胺具有较高的理论容量但其循环稳定性差、电阻大,限制了赝电容的发挥。所以本论文结合两种材料各自的优势,利用不同的聚合方法制备竹炭/聚苯胺复合材料,具有一定的商业价值,同时为竹炭基炭材料和导电高分子复合作超级电容器电极材料的研究奠定了一定的基础。本文采用三种合成方法制备竹炭/聚苯胺复合材料：化学氧化聚合、微乳液聚合和动态界面聚合。化学氧化聚合和微乳液聚合得到的样品虽然有特殊的形貌和较好的热稳定性,但是容量上提高的不大。经过实验证明,动态界面聚合是一种比较理想的制备复合材料的方法,通过扫描电镜可以看出制备出的复合材料有球形、短棒和长纤维三种特殊形貌,球形的直径在0.5 um左右,短棒和纤维的直径均在100 nm左右；通过TG-DSC测试表明复合材料具有较好的热稳定性同时对其进行电化学性能测试,比容量比纯竹炭和纯聚苯胺的都要高。利用界面聚合法,在C(HCL)=1 moL/L, n(NH4)2S2O8:n(An)=1时,竹炭含量占60%、总体系体积为500 mL条件下得到的复合材料首次放电容量高达280 F/g,是纯竹炭(107 F/g)的2.5倍,纯聚苯胺(38 F/g)的7.4倍。电流密度0.1 A/g下,经过100次循环复合材料的比电容稳定在180 F/g,是纯竹炭的(93 F/g)的1.79倍,纯聚苯胺(7 F/g)25.7倍,此条件下聚苯胺的形貌为直径100 nm的短棒。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-12
第一章 绪论  12-30
  1.1 超级电容器  12-19
    1.1.1 超级电容器分类  12-13
    1.1.2 超级电容器组成  13-14
    1.1.3 双电层电容器  14-17
    1.1.4 法拉第赝电容器  17-19
  1.2 竹炭  19-26
    1.2.1 竹资源简介  19-20
    1.2.2 竹炭简介  20-26
  1.3 聚苯胺  26-28
    1.3.1 聚苯胺的结构及其导电机理  26-27
    1.3.2 聚苯胺的合成方法  27-28
  1.4 选题的目的和意义  28-30
第二章 实验部分  30-38
  2.1 实验原料  30-31
  2.2 实验设备  31
  2.3 实验方案  31-34
    2.3.1 化学氧化法制备竹炭/聚苯胺复合材料  31-32
    2.3.2 微乳液法制备竹炭/聚苯胺复合材料  32-33
    2.3.3 动态界面法制备竹炭/聚苯胺复合材料  33-34
  2.4 电容器的组装和测试  34-35
    2.4.1 电极制备和电容器组装  34-35
    2.4.2 超级电容器电化学性能测试  35
  2.5 其它测试和表征方法  35-38
    2.5.1 扫描电子显微镜(SEM)  35
    2.5.2 激光粒度分析仪  35-36
    2.5.3 热重-差示扫描热分析(TG-DSC)  36
    2.5.4 傅立叶-红外光谱(FT-IR)  36
    2.5.5 比表面积和孔径分布测试  36-38
第三章 结果与讨论  38-70
  3.1 竹炭的基本物性  38-40
  3.2 化学氧化法制备竹炭/聚苯胺复合材料  40-45
    3.2.1 形貌分析  40-42
    3.2.2 材料的热性能分析  42
    3.2.3 电化学性能测试  42-45
    3.2.4 小结  45
  3.3 微乳液法制备竹炭/聚苯胺复合材料  45-49
    3.3.1 形貌分析  45-46
    3.3.2 材料的热性能分析  46-47
    3.3.3 电化学性能测试  47-48
    3.3.4 小结  48-49
  3.4 动态界面法制备竹炭/聚苯胺复合材料  49-70
    3.4.1 形貌分析  49-55
    3.4.2 材料的热性能分析  55-57
    3.4.3 红外分析  57-58
    3.4.4 电化学性能分析  58-69
    3.4.5 小结  69-70
第四章 结论  70-72
参考文献  72-76
致谢  76-78
研究成果及发表的学术论文  78-80
作者及导师简介  80-81
附件  81-82

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料 > 非金属复合材料
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