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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

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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*苍谔寄擅坠苌希 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 t'lm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*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。 *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, a1. and P doped poly(3, et N 4-ethylene dioxy, thiophene)electrode materials for symmetric redox superca—pacitors[J].Mater Sci,2007,42:8158 18 Hussain A M P,Kumar八Enhanced electrochemical sta—bility of all-po lym er redox supercapacitors with modified polypyrrole electrodes[J].J Power Sources,2006,161: 1486 [26]YANG Yong—Gang,CHEN Cheng—Meng, WEN Yue-Fang,et a1.New Carbon Mater. 2008,23(3):193-200 [27]HUANG Gui-Rong(黄桂荣),CHEN Jian(陈建).Carbon Techniques(Tansu如hu),2009, 28(1):35~39 [28]Paek S M,Yoo E J,Honma I.Nano Lett.,2009,9(1):72—75 [15]Wang H L , Hao Q L , Yang X J , et a1 . Graphene oxide doped polyaniline for supercapacitors[J].Electrechem Commun,2009, 11(6):1 158—1 161. 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、

2、

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: 申请者和项目组主要成员的主要学历和研究工作简历,*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*。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。 11.49过硫酸钱(0.05mol)溶解于25ml蒸馏水中 取 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,扫描范围:一0.2一o.sv,扫速:smv/s。 ,电化学交流阻抗测试在cHI66oC 型电化学工作站(上海辰华)上进行,频率范围:100000一O.olHz,交流调制:smV。充放电测 试在CHI660C型电化学工作站(上海辰华)上进行,截至电位:一0.2一0.8V,采用多个不同的 恒定电流密度进行测定。




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