聚吡咯在超级电容器中的应用

聚吡咯以其制备简单、掺杂可逆、环境友好、导电率高、比电容大、具有良好的成膜性而备受关注。特别是在作为超级电容器、二次电池等换能设备电极材料领域中前景广阔。文章简略地介绍了超级电容器的双电层电容和法拉第赝电容产生的机理,概述了近年来聚吡咯与金属氧化物、炭材料等通过化学法、电化学法以及界面化学法等新型手段制备聚吡咯电极的研究进展。     

聚吡咯/海藻酸钠纳米球的制备及其应用于高性能超级电容器

用海藻酸钠作为结构导向剂,通过原位氧化聚合吡咯法制备了聚吡咯/海藻酸钠(PPy/SA)纳米球.聚吡咯/海藻酸钠纳米球的形貌和结构通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外(FTIR)光谱进行表征.材料的电化学性能通过循环伏安法和恒电流充放电方法进行测试.电化学测试表明,聚吡咯/海藻酸钠纳米球在1 mol L-1KCl电解液中,电流密度为1 A g-1时其比电容高达347 F g-1.与纯聚吡咯相比较,聚吡咯/海藻酸钠纳米球具有更优异的循环稳定性能.     

聚吡咯/氧化石墨烯层状复合材料的制备及其在超级电容器中的应用(英文)

通过将吡咯单体在低温下与氧化石墨烯进行原位聚合,获得聚吡咯/石墨烯(Ppy/CRGO)复合材料.采用场发射电子显微镜(FESEM)、红外(FT-IR)和热重分析(TGA)对复合物的表面形貌、结构进行表征.FESEM结果表明,通过控制氧化石墨烯(GO)和吡咯单体的质量比例,可以对复合物的层状和厚度进行调控.FT-IR和TGA结果表明,聚吡咯(Ppy)是通过化学键合的方式与氧化石墨烯复合在一起.通过机械冷压法将粉末状Ppy/CRGO复合物压成圆片电极,并探讨了石墨烯和聚吡咯复合比例、反应时间、烘干温度和孔隙率等因素对Ppy/CRGO复合物电极的电学和电化学性能的影响.结果表明,Ppy与CRGO质量比为10∶1所制得的Ppy/CRGO复合物的电容量为421 F·g-1,通过在电极中引入孔隙,电容量能进一步提升为509 F·g-1.     

碳气凝胶的孔结构及其对电化学超级电容器性能的影响

通过改变碳气凝胶的溶胶-凝胶制备条件和炭化活化工艺,实现了对碳气凝胶纳米孔洞结构的控制.采用扫描电子显微镜(SEM)和氮气等温气体吸附法对碳气凝胶和KOH活化碳气凝胶的形貌和孔结构进行了表征和分析,并且使用循环伏安法(CV),恒流充放电,电化学阻抗谱(EIS)等检测技术评价了电化学性能.结果表明:发达的三维纳米网络结构与合理的孔径分布是影响碳气凝胶电化学超级电容器性能的关键因素.经适度活化后的碳气凝胶材料含有丰富的介孔,比表面积可达1480m2·g-1.在6mo·lL-1的KOH溶液中,在100mV·s-1的扫描速率下其比电容量高达216F·g-1.通过拟合发现,碳气凝胶类材料的大孔和介孔拥有更高的单位面积比电容量.     

石墨烯/聚吡咯纳米纤维超级电容器电极材料的制备及其电化学性能

超级电容器因其具有较高的循环稳定性和较好的能量密度而成为储能器件中的研究热点,其电极材料及制备方法是决定超级电容器电化学性能的关键因素。 本文以聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物(P123)为软模板,通过一步原位聚合法成功地制备了石墨烯/聚吡咯纳米纤维(GR/PPy NF)复合超级电容器电极材料。 通过X射线衍射(XRD),X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)和傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)等对复合材料的结构和形态进行了系统的表征。 利用电化学方法对GR/PPy NF复合电极材料的电化学性能进行了系统的分析。 结果表明,在电流密度0.5 A/g下,纳米复合材料的比电容量高达969.5 F/g,在充放电600圈之后,仍可保留初始比电容的88%,展示了良好的电容性能及循环稳定性。 GR/PPy NF制备简单,性能优异,是一种很有前途的能量转换/存储材料。     

聚吡咯-分级多孔碳纳米复合材料的制备及其电化学性能

以空心介孔硅球为模板,酚醛树脂乙醇溶液为碳源制得了分级多孔碳(HPCs).以酸化处理后的HPCs为载体、对甲苯磺酸(p-TSA)为掺杂剂、三氯化铁(FeCl3)为氧化剂,通过原位化学氧化聚合法制备了聚吡咯-分级多孔碳(PPy-HPCs)纳米复合材料.采用场发射扫描电镜(FESEM)、透射电镜(TEM)、傅里叶红外光谱仪(FT IR)、恒流充放电、循环伏安以及交流阻抗等测试技术对复合材料进行了形貌结构和电化学性能的研究.结果表明:聚吡咯成功地包覆在HPCs的表面,随着聚吡咯含量的增加,复合材料的比容量呈现先增大后减小的趋势.当聚吡咯的质量含量为34.9％时,复合材料在电流密度为0.1 A/g时达到最大比容量(316 F/g),在1 A/g的电流密度下循环1 000次后,比容量保持率为95.8％,聚吡咯的引入有效地提高了HPCs电极材料的电化学性能.     

聚吡咯包裹碳化硅气凝胶复合材料的电化学和吸波性能

聚吡咯(polypyrrole, PPy)由于具有高比电容、高电导率、高柔韧性和结构多样性而被用作超级电容器的电极材料,而且可以与其他材料复合,能够提高介电损耗从而提高吸波性能。采用化学原位聚合法,合成了PPy包覆SiC气凝胶复合材料,有效解决了PPy在充放电过程中因离子的掺杂和去掺杂而变得不稳定,导致PPy基超级电容器循环稳定性下降等问题。用三电极体系测试复合材料的电化学性能,用矢量网络分析仪进行电磁参数测试。结果表明,在0.5 A·g^-1的电流密度下比电容达309.65F·g^-1,在1000次循环后比电容保持率为94.2%,具有良好的循环稳定性;气凝胶经历了100次砝码的反复压能保持95%的高度,抗压强度可达105 kPa;在2.2 GHz的有效吸收强度为22.32 dB,而PPy只有8.99 dB,有效提高了吸收强度。因此,SiC/PPy复合材料是很有应用前景的超级电容器电极材料和电磁波吸收材料。     

氢氧化钾活化制备超级电容器多孔碳电极材料

具有高比表面积、良好导电性的多孔碳材料在超级电容器中有着广泛的应用前景. 大量的研究工作致力于通过物理或者化学手段合成并调控多孔材料的微观结构. 在众多多孔碳材料的制备方式中,氢氧化钾作为一种高效的活化剂,常用于制备具有良好孔径分布和高比表面积多孔碳电极材料. 本文主要结合作者课题组的研究工作,着重概述利用氢氧化钾活化sp²碳纳米材料制备多孔碳材料的机理过程、结构形貌的转变以及所得材料的电化学性能,希望对发展新型的高性能基多孔碳材料的超级电容器电极材料有所帮助.     

聚吡咯/硝酸活化碳气凝胶纳米复合材料的制备表征及其在超级电容器中的应用（英文）

通过化学氧化聚合法制备出不同比例的聚吡咯(PPY)/硝酸活化碳气凝胶(HCA)复合材料。采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和扫描电子显微镜(SEM)表征材料的成分和形貌,结果表明,通过硝酸活化及与聚吡咯的复合,并未破坏碳气凝胶的多孔形貌,硝酸活化碳气凝胶及聚吡咯/硝酸活化碳气凝胶都仍然保持着原碳气凝胶的三维纳米多孔结构。采用对照实验的方法,设计并合成五组不同配比的复合材料,聚吡咯与硝酸活化碳气凝胶的质量比例分别为3:1、2:1、1:1、1:2、1:3,通过循环伏安法,恒流充放电,交流阻抗及循环性测试等考察材料的电化学性能。结果证明,当聚吡咯与硝酸活化碳气凝胶比例为1:1时,复合材料显示出最优电化学性能:比电容高达336 F?g~(-1),是纯碳气凝胶(103 F?g~(-1))的三倍有余,除此还显示出卓越的导电性与循环稳定性,2000次循环后仍保持初始电容的91%,具备优良的超级电容器电极材料性能。因此聚吡咯/硝酸活化碳气凝胶复合纳米材料是超级电容器的理想电极材料。     

电化学混合电容器用新型聚吡咯/介孔碳纳米复合电极

采用介孔碳CMK-3作为载体,通过化学原位聚合的方法制备出一种新型的聚吡咯/介孔碳(PPy-CMK-3)纳米复合材料.将该纳米复合材料作为正极,配以介孔碳CMK-3为负极和1.0mol·L-1NaNO3中性电解液,组装成为电化学混合电容器.电化学测试表明:在5.0mA·cm-2电流密度和1.4V充放电电位条件下,其放电比容量达57F·g-1,电容器功率密度为2.5×102W·kg-1,能量密度达17Wh·kg-1.当电流密度从5.0mA·cm-2增加至50mA·cm-2时,电容器的容量保持率在80%以上,显示高倍率充放电特性优异.此外,聚吡咯-介孔碳/介孔碳电化学混合电容器易活化,并具有优异的充放电效率和良好的循环稳定性能.     

蜂巢状多孔明胶制备高性能超级电容器用活性炭

近年来,以生物质为前驱体来制备碳材料因其资源丰富、廉价易得、无污染且可再生等优点而引起人们的广泛关注。本文将生物质明胶制备成呈蜂巢状的多孔结构,并以此为前驱体经碳化、活化制备活性炭。研究表明,与商品化明胶相比,由多孔明胶所制备的活性炭其比表面积(可高达3692 m~2?g1)及超级电容器性能均有明显提升。在6 mol?L~(-1) KOH水溶液中,由多孔明胶经600°C碳化、700°C KOH活化所制备的活性炭,在1 A?g~(-1)的放电容量为357 F?g~(-1),即使在100 A?g~(-1)的大电流密度下,其比电容仍可维持在227 F?g~(-1)。活性炭样品也表现出优异的循环稳定性,在10 A?g~(-1)下经7500圈循环稳定性测试后,其初始容量保持率高达93.0%。而且,以该活性炭组装的对称型超级电容器,在250、2500及25000 W?kg~(-1)的功率密度下,其能量密度分别为10.3、9.7和8.2 Wh?kg~(-1);在10 A?g~(-1)下经10000次循环后,容量保持率高达97.6%。这些研究结果表明由蜂巢状多孔明胶所制备的活性炭在高性能超级电容器中具有巨大的应用潜力。     

超级电容器用含氮碳与含氮碳/炭气凝胶复合电极材料的制备和性能研究

采用原位聚合法合成聚苯胺(PAIN)及聚苯胺/炭气凝胶(PAIN/CA)复合材料,经过高温裂解制备含氮碳(NC)及含氮碳/炭气凝胶复合材料(NC/CA),再以KOH为活化剂对其进行活化,制备活化含氮碳(ANC)及活化含氮碳/炭气凝胶复合材料(ANC/CA)。采用扫描电镜、循环伏安、恒流充放电以及电化学阻抗等方法进行性能测试,结果表明,由于KOH的活化作用,含氮碳材料的粒径明显变小,其比电容值为138 F/g,高于未活化含氮碳材料(98 F/g),ANC/AC3复合材料电极的比电容值比ACA电极(88 F/g)高,达到127 F/g。     

聚苯胺/介孔碳纳米线复合电极材料的制备和性能

以介孔碳纳米线为基体, 通过电化学方法制备了新型聚苯胺/介孔碳纳米线(PANI/MCFs)复合材料, 采用SEM和TEM等手段对样品的结构和形貌进行了表征. 结果表明, 聚苯胺均匀附在介孔碳纳米线表面, 并填充到纳米线介孔孔道中. 将复合材料组装成三电极体系超级电容器, 用循环伏安、 恒流充放电和交流阻抗等方法对材料的电化学性能进行了测试. 结果显示, 在1 mol/L H₂SO₄溶液中, 复合材料的比电容达到391 F/g, 其循环稳定性也得到显著提高.     

聚苯胺/活性碳复合型超电容器的电化学特性

电化学电容器作为一种新型储能器件具有广泛的应用.采用(NH₄)₂S₂O₈化学氧化聚合苯胺法制备了聚苯胺电极材料，采用化学物理二次催化活化法制备了高比表面积活性碳材料.并用循环伏安、恒流充放电以及交流阻抗等方法对上述电极材料的电化学特性进行了研究.实验结果表明,所制备的聚苯胺电极材料具有高于420 F•g^－1的法拉第赝电容和良好的电化学特性，所制备的活性碳电极材料则具有160 F•g^－1的双电层电容量.分别采用聚苯胺作为正极，活性碳作为负极，38％硫酸作为电解液制备了复合型电化学电容器.复合型电容器工作电压达到1.4 V, 电容器单体比电容达到57 F•g^－1，最大比能量和最大真实比功率分别达到15.5 W•h•kg^－1和2.4 W•g^－1, 峰值比功率达到20.4 W•g^－1,电容器循环工作寿命超过500次. 与活性碳双电层电容器相比，复合型电容器还具有较低的自放电率.     

Electrochemical Performance of Transition Metal‐Coordinated Polypyrrole: A Mini Review

The conductive polymer of polypyrrole can be acted as electroactive electrode material of supercapacitor due to reversible redox behavior and high capacitance. It usually suffers from low electrochemical stability due to the breakdown of polymer molecule chain in the long‐term charge and discharge process. The monometallic or bimetallic‐coordinated polypyrrole usually exhibits the improved electrochemical performance. The transition metal ions such as ruthenium, iron, copper and cobalt are adopted for the coordination modification. The transition metal‐coordinated polypyrrole includes the intrachain and interchain coordination structure between transition metal ion and nitrogen atom of pyrrole ring. It is able to reinforce the polymer molecule chain strength to overcome excessive volumetric swelling and shrinking during charge‐discharge process, improving the cycling stability and rate capability of polypyrrole. Accordingly, the transition metal‐coordinated polypyrrole keeps simultaneously high capacitance performance and electrochemical stability, acting as the promising conductive polymer‐based supercapacitor electrode material for effective energy storage.     

磺化石墨烯/活性炭复合电极的制备及其不对称电容器脱盐

在还原剂NaBH₄存在下, 采用对氨基苯磺酸重氮盐与氧化石墨(GO)表面共价键合制备磺化石墨烯(GP-SO₃H). 傅里叶变换红外光谱(FTIR)证明磺酸基团在石墨烯表面接枝. 采用扫描电子显微镜(SEM)研究了磺化石墨烯的表面形貌. 以磺化石墨烯为添加剂, 制备了磺化石墨烯/活性炭(GP-SO₃H/AC)复合电极. 循环伏安及阻抗分析结果表明, 该复合电极的电容特性及导电性有明显改善. 以活性炭电极为对电极组装了不对称电容器(GP-SO₃H/AC|AC), 研究了该不对称电容器的电化学脱盐性能. 与对称电容器(AC|AC)相比, 不对称电容器中由于电极内磺酸基团对反离子的屏蔽作用, 电容器的电流效率达到89.4%以上, 脱盐量提高2.4倍, 单个循环脱盐量达到10.87 mg/g.     

Nanocomposite Silica Aerogel Activated Carbon: Preparation,Characterization and Application to Remove Lead(II) from Aqueous Solutions

Anovel nanocomposite adsorbent, Silica aerogel activated carbon (SA‐AC) has been prepared for the purpose of removing lead ions from aqueous solution in batch process. The nanocomposite was characterized by Fourier transform infrared spectra (FTIR) and scanning electron microscope (SEM). In the present investigation, Pb(II) adsorption experiments on nanocomposite were conducted on aqueous solution at different initial Pb(II) concentration, pH of the solution, adsorption temperature, adsorbent dosage and contact time. Optimum pH for the adsorption was found to be 6 with corresponding adsorbent dosage level of 0.5 g and 60 °C temperature. The equilibriumwas achieved within 30 min of contact time. It is remarkable that using the developed nanocomposite absorbent, more than 90% of Pb(II) can be removed under desirable experimental conditions. The efficiency of the ions adsorption was determined using atomic absorption spectroscopy. Langmuir and Freundlich isotherm models were applied to analyze the experimental data. The best interpretation for the experimental data was given by the Freundlich isotherm equation. Desorption experiments by elution of the adsorbent with nitric acid show that the nanocomposite could be reused without significant losses of its initial properties.     

氮硫双掺杂活性炭材料的制备和电容性能

以头发和蔗糖为原料, 通过水热碳化和KOH活化两步法制备了氮硫双掺杂微孔炭材料. 利用扫描电子显微镜, 透射电子显微镜, 氮气吸脱附, X射线光电子能谱, 电子能谱和傅里叶交换红外光谱等手段系统表征了所制备活性炭材料的微观形貌, 孔隙结构和表面化学性质. 并在6 mol·L^-1 KOH溶液中研究了所制备活性炭材料的电容性能. 氮气吸脱附测试表明, 所制备活性炭材料的比表面积最高可达1849.4 m²·g^-1, 孔道以微孔为主. 所制备活性炭材料氮元素含量为1.6%-2.5% (原子分数(x))), 硫元素含量为0.2%-0.5% (x). 由于N、O、S官能团的协同作用, 所制备碳材料表现出明显的赝电容. 活性炭材料的比电容值最高可达200 F·g^-1, 对应的能量密度为6.9 Wh·kg^-1. 功率密度达到10000 W·kg^-1时, 能量密度仍达到4.1 Wh·kg^-1. 本文的工作表明以生物质为原料可以方便制备氮硫双掺杂活性炭电极材料.