超级电容器是一种性能介于电池与传统电容器之间的新型储能器件.doc

基于新型石墨烯/聚噻吩超级电容器研究1.本项目研究的意义及同类研究工作国内外研究现状与存在的问题，并列出主要参考文献超级电容器是一种性能介于电池与传统电容器之间的新型储能器件，具有功率密度高、充放电速度快、使用寿命长等优点，有着广阔的应用前景，如可用于便携式仪器设备、数据记忆存储系统、电动汽车电源及应急后备电源等。特别是在电动汽车上，超级电容器与电池联合能分别提供高功率和高能量，既减小了电源的体积又延长了电池的寿命。电极材料是超级电容器最为关键的部分，也是决定其性能的主要因素，因此开发具有优异性能的电极材料是超级电容器研究中最核心的课题。导电聚合物是一类重要的超级电容器电极材料，其电容主要来自于法拉第准电容。目前应用于超级电容器的导电聚合物主要有聚苯胺(Polyaniline)、聚噻吩 (Polythiophene)、聚吡咯(Polypyrrole)等1 。有机聚合物以其具有快速充放电、高储能密度、绿色环保等特点，必将成为超级电容器电极材料的研究热点。对于有机聚合物电极材料，由于电容器在充放电时电解质离子反复地进出电极材料，使得电极材料的分子结构遭到一定的破坏，共轭体系减小，电子离域性降低。从而使得电极的电导率下降，机械性能遭到破坏。当对超级电容器反复充放电时，比电容、能量密度都会明显降低，循环性不佳为了提高有机物电极的机械性能和电导率，国内外不少人研究了基于导电聚合物的复合电极材料，其中以CNT(碳纳米管)与ECP(电子导电有机聚合物)复合材料为代表14 18。，由于碳纳米管具有良好的机械性能，可以提供立体空间网状结构。有机聚合物通过原位化学聚合或电化学聚合包覆在碳纳米管上，大大提高了比表面积。此外碳纳米管具有良好的电导率，改善了聚合物在充放电时电导率降低的现象石墨烯若取代石墨做电池的电极，有望提高电池的效率, CNT用作电化学电容器(EC)电极材料，比表面积的利用率低，原因是小于2 tlm的孔不能形成双电层；石墨烯用作EC电极材料【12J也具有比表面积大、导电性高等特点，没有小于2 nm的孔不能有效利用的问题，价格上也有优势石墨烯(Graphene)是近年来被发现的二维碳原子晶体具有比碳纳米管更为优异的电学性质以及良好的导电性和化学稳定性26,27这使得其可以成为比碳纳米管更好的电子或空穴传递的多功能材料。近年来利用石墨烯独特的电学性质对一些材料进行修饰以及制备性能更好的复合新材料是当前的研究热点 Pack等281合成了石墨烯SnO，复合材料发现石墨烯能够起到电子传递通道的作用从而提高了复合材料的电化学性能 Seger等i29以石墨烯为载体材料获得了高分散的石墨烯Pt纳米复合材料 对该复合材料的电催化性能研究表明石墨烯还是一种有效的载体材料提纲1. 超级电容器的应用前景2. 电极材料如有机聚合物、CNTs在超级电容器上的应用3. 石墨烯的前景参考文献14 Krishna D，et a1N and P doped poly(3，4-ethylene dioxy， thiophene)electrode materials for symmetric redox supercapacitorsJMater Sci，2007，42：815818 Hussain A M P，Kumar八Enhanced electrochemical stability of all-po lym er redox supercapacitors with modified polypyrrole electrodesJJ Power Sources，2006，161： 148626YANG YongGang，CHEN ChengMeng， WEN Yue-Fang，et a1New Carbon Mater 2008，23(3)：193-20027HUANG Gui-Rong(黄桂荣)，CHEN Jian(陈建)Carbon Techniques(Tansu如hu)，2009，28(1)：353928Paek S M，Yoo E J，Honma INano Lett，2009，9(1)：727515Wang H L，Hao Q L，Yang X J，et a1Graphene oxide doped polyaniline for supercapacitorsJElectrechem Commun，2009， 11(6)：1 1581 161本项目的研究内容、特色和创新之处即立题根据研究工作的预期结果或目标及提供形式。如系理论成果，应写明在理论上解决哪些问题及其科学意义；如系应用性成果或基础性资料，应写明其应用前景拟采取的理论分析、计算、实验方法和步骤及其可行性论证研究工作的总体安排、进度、经费支出预算1、 与本项目有关的工作基础及实现本项目研究已有的主要仪器设备；尚缺的仪器设备及解决途径：2、 申请者和项目组主要成员的主要学历和研究工作简历，近期发表的与本项目有关的主要论著和科研成果名称及获奖情况：采用扫描电子显微镜(SEM)和投射电子显微镜（TEM）观察电极材料的表面形貌结构，用红外光谱仪、XRD、XPS及EDS等能谱表征分析复合材料的结构和元素含量。将复合材料做成圆片，室温下用四探针测试仪测试电导率，分析复合材料的导电性能。在避光下回流5小时。由于苯胺的沸点为183，所以回流温度应控制在略高于183的水平。反应结束后，冷却至室温，充氮气保护后，避光保存。MWCNT在苯胺中回流的过程中，苯胺由无色溶液变为浅黄色，再至棕色，最后形成了黑红色透亮溶液。冷却到室温，用微孔滤膜过滤待用。用36%浓盐酸配制成2.omol/L的盐酸溶液。取50ml稀盐酸并加入4.79掺入MwCNT的苯胺溶液，配制成盐酸苯胺溶液。取 11.49过硫酸钱(0.05mol)溶解于25ml蒸馏水中配制成过硫酸钱溶液。在电磁搅拌下在O一5用滴液漏斗将过硫酸钱溶液滴加到盐酸苯胺溶液中，25分钟滴加完毕，继续反应lh。结束反应，反应混合物减压过滤，分别用无水乙醇和蒸馏水洗涤数次，直到中性为止。最后用2.omol/L的盐酸溶液浸泡Zh进行掺杂，过滤，干燥至恒重将制得的活性材料粉末用研钵研磨以后，称取SOwt%的活性材料，7.swt%的乙炔黑和7.swt%的石墨，然后混合均匀，用一滴聚四氟乙烯溶液(占电极材料的swt%)，一滴酒精和一滴水均匀混合后，涂覆在泡沫镍片上，涂覆面积约 1cmZ。制备的泡沫镍长Zcm，宽Icm， 泡沫镍涂覆前在丙酮中浸泡 10min，以除去其表面的氧化层和其他杂物以免影响其测试效果.将制备好的电极在烘箱中60下干燥24h，备用电极性能在安装有工作电极，铂片对电极和饱和甘汞参比电极的烧杯型电池中进行测试，电解质为IMNaNo3水溶液，工作电极表面积为 1cmZ。循环伏安测试在cHI660c型电化学工作站(上海辰华)上进行，扫