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聚苯胺/稀土氧化物复合材料电化学电容性能的研究

作　者: 李慧
导　师: 王韶旭
学　校: 大连交通大学
专　业: 环境科学
关键词: 聚苯胺 复合材料 稀土氧化物 原位聚合 电化学性能
分类号: TM53
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


超级电容器是一种介于传统电容器和蓄电池之间的新型储能器件,具有更高的能量密度和更大的功率密度。目前,对电化学超级电容器的研究主要集中在高性能的电极材料的制备上。在结构型导电高分子材料中,聚苯胺(PANI)作为一种新型的高分子功能材料,由于其具有合成工艺简单,掺杂机制独特以及较高的掺杂导电率和环境稳定性而得到广泛的关注。但聚苯胺分子链骨架刚性强,分子间作用力大,后期加工处理难度大等缺陷严重限制了其在各个领域的实际推广应用。国内外聚苯胺／复合物研究现状发现,聚苯胺经复合改性后其加工性能、导电性能得到了有效改善,获得具有多种功能性的复合材料,为导电聚苯胺拓宽了应用领域。本论文采用溶液聚合原位复合法制备PANI及PANI与6种镧系稀土氧化物(CeO2, Dy2O3, Nd2O3, Sm2O3, La2O3, Pr6O11)的系列复合材料。利用红外光谱、X射线衍射和扫描电镜等对合成的系列聚苯胺/稀土氧化物复合材料进行结构和表面形貌的表征,研究复合材料中聚苯胺与稀土氧化物间的相互作用规律性。并将制备得到的复合材料制作成超级电容器单电极,利用循环伏安、恒电流充放电、电化学交流阻抗等表征手段研究复合电极的比电容、氧化还原可逆性、内阻等电化学性能,详细探索了稀土氧化物的含量对复合材料电化学性能的影响,找出其电化学行为变化规律,分别计算各复合电极比电容值,最终选出该系列复合材料电化学性能最好的复合电极材料。在对PANI/稀土氧化物复合材料的电学性能研究中发现,HCl掺杂的PANI/CeO2和PANI/Dy2O3复合材料的比电容随二者含量的增加呈现上升后下降的趋势,而有机酸掺杂的其余四种聚苯胺导电复合材料(PANI/Nd2O3、PANI/Sm2O3、PANI/La2O3和PANI/Pr6O11)的比电容随它们的含量的增加而降低,并且在含量低时对聚苯胺导电性能影响很大。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-10
第一章 绪论  10-25
  1.1 超级电容器概述  10-14
    1.1.1 超级电容器的简介  10-11
    1.1.2 超级电容器的工作原理  11-14
    1.1.3 超级电容器的特点与应用  14
  1.2 超级电容器电极材料研究进展  14-17
    1.2.1 碳材料  15
    1.2.2 金属氧化物材料  15-16
    1.2.3 导电聚合物材料  16-17
  1.3 导电聚苯胺电极材料在超级电容器中的应用  17-22
    1.3.1 聚苯胺的研究情况  17-18
    1.3.2 聚苯胺的结构  18-19
    1.3.3 聚苯胺的合成  19-20
    1.3.4 聚苯胺复合材料的研究  20-22
  1.4 聚苯胺/稀土氧化物复合材料  22-24
    1.4.1 稀土元素  22
    1.4.2 稀土氧化物  22-23
    1.4.3 聚苯胺/稀土氧化物复合材料的研究情况  23-24
  1.5 课题研究的背景和意义  24
  1.6 本论文的主要工作  24-25
第二章 实验部分  25-34
  2.1 主要原料  25
  2.2 主要仪器设备  25-26
  2.3 实验方法  26-28
    2.3.1 PANI的制备  26-27
    2.3.2 聚苯胺/稀土氧化物复合材料的制备  27
    2.3.3 PANI/稀土氧化物复合材料电极的制备方法  27-28
    2.3.4 电容器的制作  28
  2.4 性能测试与表征方法  28-29
    2.4.1 扫描电子显微镜(SEM)分析  28-29
    2.4.2 傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)分析  29
    2.4.3 X射线衍射(XRD)分析  29
  2.5 电化学性能测试方法  29-33
    2.5.1 循环伏安法  30-31
    2.5.2 交流阻抗法  31-32
    2.5.3 恒电流充放电测试  32-33
  本章小结  33-34
第三章 PANI/CeO_2和PANI/Dy_2O_3复合材料的性能研究  34-43
  3.1 实验部分  34-35
    3.1.1 盐酸掺杂导电聚苯胺的制备  34
    3.1.2 盐酸掺杂PANI/CeO_2和PANI/Dy_2O_3复合材料的制备  34
    3.1.3 产品的表征与测试  34-35
  3.2 结果与讨论  35-42
    3.2.1 形貌分析  35-36
    3.2.2 傅里叶转换红外光谱分析  36-37
    3.2.3 X射线衍射分析  37-38
    3.2.4 循环伏安分析  38-39
    3.2.5 交流阻抗分析  39-40
    3.2.6 恒流充放电分析  40-42
  本章小结  42-43
第四章 PANI/Nd_2O_3、PANI/Sm_2O_3及PANI/La_2O_3复合材料性能研究  43-51
  4.1 实验部分  43
    4.1.1 有机酸掺杂导电聚苯胺及其复合材料的制备  43
    4.1.2 产品的表征与测试  43
  4.2 结果与讨论  43-50
    4.2.1 表面形貌分析  43-45
    4.2.2 红外分析  45-46
    4.2.3 XRD分析  46
    4.2.4 循环伏安测试  46-48
    4.2.5 交流阻抗测试  48-49
    4.2.6 恒流充放电测试  49-50
  本章小结  50-51
第五章 PANI/Pr_6O_(11)复合材料的性能研究  51-58
  5.1 实验部分  51
    5.1.1 PANI及PANI/Pr_6O_(11)复合材料的制备  51
    5.1.2 产品的表征与测试  51
  5.2 结果与讨论  51-57
    5.2.1 表面形貌  51-52
    5.2.2 红外分析  52-53
    5.2.3 XRD分析  53
    5.2.4 循环伏安测试  53-55
    5.2.5 交流阻抗测试  55-56
    5.2.6 恒流充放电测试  56-57
  本章小结  57-58
结论  58-60
参考文献  60-65
攻读硕士学位期间发表的学术论文  65-66
致谢  66

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电器 > 电容器
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