PANI/RGO复合材料的制备及其在超级电容器中的性能研究

【摘要】超级电容器作为一种清洁、高效的新型储能器件,有着极大的应用潜力和良好的发展前途。超级电容器的性能由其电极材料所决定。而通常用于超级电容器的电极材料有：以赝电容为储能机理的导电聚合物、金属氧化物和以双电层为储能机理的碳材料。其中石墨烯这种新型碳材料具有良好的稳定性,比较高的比表面积和导电率,但是它的理论电容量远低于导电聚合物。而导电聚合物理论电容量比较高,但导电性和稳定性不如石墨烯等碳材料,其中聚苯胺(PANI)相对于其他聚合物材料易得,价格低廉,稳定性较好。目前为了得到理想的超级电容器电极材料,制备将其中两种或三种材料复合得到的电极材料成为了近几年的研究热点。本文采用化学氧化法在氧化石墨(GO)存在的情况下,原位聚合苯胺单体,得到聚苯胺与氧化石墨的复合物(PANI/GO),再进行还原与再氧化过程制备最终产物聚苯胺/还原的氧化石墨烯(PANI/RGO)。并通过SEM、XRD、FT-IR测试对产物进行了形貌表征,通过循环伏安CV和充放电测试(6MKOH为电解液)测试样品的电化学性能。本文的研究结果主要为：(1)对比聚苯胺PANI、还原的氧化石墨烯RGO和复合材料PANI/RGO三种材料的形貌特征和电化学性能。并且研究了在复合材料中RGO百分含量(质量比,GO：苯胺分别为1：9,2：8,5：5,8：2,9：1)的变化对PANI/RGO电化学性能的影响。结果显示无论是在RGO中加入少量的PANI,还是在PANI中加入少量的RGO所得到的PANI/RGO的电容量都远大于单一组分PANI、RGO所产生的电容量。其中PANI/RGO10(GO含量10%)在2mV/s时,电容量达至(?)1165.06F/g。(2)在PANI/RGO的制备过程中,因为首先制备了PANI/GO复合物,又进行的还原。在这个过程中,复合物中PANI受还原反应的影响电化学性能变差。为了缓解这一影响,采用了再氧化过程,并分析了过程中氧化剂APS的不同用量(0.00g、0.05g、0.10g、0.15g、0.20g、0.30g)所得最终产物的形貌特征和电化学性能。结果显示,氧化剂过多或者过少都会产生负面效果,而当用0.15gAPS(既浓度为3g/L)再氧化时,制备的PANI/RGO20(GO含量20%),在CV测试扫速2mV/s时电容量达到1018.77F/g,在0.1A/g的充放电测试1000次循环后比容量保留率为58.81%。0.15gAPS再氧化所得PANI/RGO20电容量和电化学稳定性都是其中最好的。
【作者】代怀丽；
【导师】朱先军；
【作者基本信息】华中师范大学，有机化学，2014，硕士
【关键词】超级电容器；PANI；RGO；PANI/RGO复合材料；再氧化；电容性能；

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