聚苯胺基超级电容器的组装与性能研究

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1、天津大学硕士学位论文聚苯胺基超级电容器的组装与性能研究姓名：褚青献申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：王纪孝20080601摘要超级电容器是一种新型的能量转换和储存元件，由于具有大容量和高功率密度而备受关注。超级电容器在使用一段时间后，电容值会不断衰减。电容值衰减过快影响超级电容器的性能和缩短其使用寿命。本文以电容器电容的稳定性与降解因素为主要内容展开研究。采用恒电位聚合法在不锈钢电极(SS)上合成得到硫酸(H2S04)或者对甲基苯磺酸(p．TSA)掺杂的微纳米结构鼢削l。以PANI修饰的不

2、锈钢电极(SS)为工作电极，饱和甘汞电极(SCE)为参比电极，铂(Pt)电极为对电极，采用三电极体系，用交流阻抗测试和循环伏安法研究了修饰电极的电容行为。考察了PANl掺杂酸种类、PANI膜厚度、循环伏安测试的扫描速度、扫描电位、电解质浓度、电解质种类等因素对电容大小及稳定性的影响。研究结果表明，比电容随着膜厚度的增大先增大后减小，当聚合电量为3．2C／cm2时，得到的比电容最大。比电容随扫描速度的增大先增大后减小，存在一个最佳的扫描速度，H2S04掺杂体系在50mV／S时得到的比电容最大。p．T

3、SA掺杂体系在200mV／s时得到的比电容最大。扫描电位区间显著影响电容器电极的稳定性，过高的扫描电位会造成PANI氧化，比电容迅速衰减。电解质对比电容有重要影响，H2S04电解质浓度的提高有利于增大比电容，但比电容衰减快；H2S04介质中加入体积较小的阴离子(例如Br一、ClO：)可以显著提高电容的循环稳定性，但Br一浓度过高会腐蚀不锈钢基体电极，影响电容的稳定性；同浓度的p．TSA、HCl04和H2S04电解质中，在p．TSA中的稳定性最好，H2S04中的最差；当p．TSA作电解质时，在所研究

4、的浓度范围内，p．TSA掺杂聚合的PANI／SS的稳定性随着p．TSA浓度的增大而提高。混合电解质中各种酸均参与PANI的掺杂／脱掺杂反应，在混合电解质中的电容稳定性介于参与混合的两种酸之间。总体来说，p．TSA掺杂的PANl比H2S04掺杂的PANI有更加优越的电容特性。关键词：超级电容器；聚苯胺；H2s04掺杂；p．TsA掺杂；循环稳定性ABSTRACTSupercapacitorshaVegainedgreatinterestinrecentyearsbecauseofitshighspec

5、ificc印acitanceandpowerdensi吼Withtheutilizationgoingon，thespecificcapacitancefadeaway．Here，thesupercapacitorswereassembledandtheirpe怕rnlancewerecharacterized．Electrodematerialsusedforassemblysuperc印acjtormainlyfocusonthreekindswhicharecarbon，metaloxide

6、andconductingpolymers．Amongallthesematerials，conductingpolymersoa研theadvantagesoflowercostovernoblemetaloxide，andhi曲capacitanceoVerthatofcarbon．Polyaniline(PANl)，animponantconductingpolymer，canbepreparedbyfaciIerouteatlowcost．Furthermore，itshighchemic

7、alstabili劬highconductiVityandcontr01】ablemo巾hoJogymakeitasanidealelectrodematerialforsupercapacitor．PANlwasdepositedonStainless—steel(SS)potentiostaticallyf．romelectrolytecontaining0．10Manilinemonomer．Cyclicv01tammen：呵(CV)andElectrochemicalimpedancesp

8、ectroscopy(EIS)techniqueswereusedtocharacterizethepe—’0rnlanceofsupercapacjtorS．11heexperimentaJresultscJearlyshowthatthed印ositjoncha略ehassignincantef瓷ctonspeci6ccapacitancewhichisgethigherundertheconditionofdepositioncha唱elowerthan3．2C／cm2and