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Sivaraman等[32]通过化学氧化聚合制备了聚苯胺电极,并组成聚苯胺电极//FEP-g-AA-SO3H//聚苯胺电极的三层结构,其中FEP-g-AA-SO3H(1)为固态电解质;通过测试发现该固态电容器经1500次的充放电后比容量衰减约为20%,因而该方式组装的电容器具有较高的稳定性,给便携式固态电容器发展提供思路。
聚苯胺是目前研究比较热的导电聚合物材料,在电容器电极材料领域的研究成果较多[25,26]。纳米结构与体材料相比具有比表面积较大、成本低等优点。因此,纳米结构聚苯胺电极材料在电容器这种希望拥有高比表面积电极材料的器件中有着独特的结构优势。目前,对于电容器中电极材料的研究几乎都是围绕着聚苯胺纳米结构的制备方法以及其电容性能的研究。为了得到理想比容量的聚苯胺电极材料,研究者正在尝试不同方式制备聚苯胺纳米结构,相应的研究成果将会给研究者带来更多的惊喜,势必会在开发超级电容器中发挥重要作用。
4聚吡咯类电极材料
聚吡咯也是一类用途很广的导电聚合物材料,由于具有高的电导率、良好的环境适应性、较好的氧化还原性、易在多种有机溶液和水溶液中制备[33,34],成为超级电容器电极材料研究的焦点之一。聚吡咯类材料一般通过化学氧化聚合和电化学聚合得到,两种方式制备的电极材料电容性能相差较大。一般而言,电化学聚合较简单,研究也比较多,但电容性能较差。
Kim等[35]通过电化学聚合分别制备了聚吡咯-LiClO4、聚吡咯-Nafion(高氟化树脂)掺杂电极材料;在1mol/LNa2SO4中测试电容性能,发现LiClO4和Nafion掺杂的聚吡咯比容量分别为355F/g和344F/g,但是经Nafion掺杂的聚吡咯在3000次充放电测试后其比容量能保持90%,经LiClO4掺杂的聚吡咯在同等条件下充放电测试后比容量仅能保持70%,所以Nafion掺杂的聚吡咯材料更适合在超级电容器中充当电极材料。
Sharma等[36]通过脉冲电化学方法制备了多孔聚吡咯电极,聚吡咯的表面形貌与所给脉冲信号有密切关系,脉冲信号较短时所得材料比较好,信号较长时会使聚吡咯的缺陷增加;在0.5mol/LH2SO4溶液中测试电容性能,发现比容量高达400F/g,比能量密度达250Wh/g,并且经10000次充放电测试其比容量衰减很小,该方法制备的电极能为电容器电极的研究提供较好的方向。Ramya等[37]在不锈钢基板上通过电化学聚合制备了聚吡咯材料电极,对该电极材料结构表征发现其颗粒大小约500nm;然后采用循环伏安、充放电及交流阻抗测试给出了其等效电路图,并且经1000次充放电测试其比容量约保持在100F/g;电容器等效电路图的给出有利于电容器器件效率的评估,为电容器的实际应用提供了更加详细的参数指标。
Sun等[38]通过电化学聚合在NaCl、NaClO4溶液中分别以Ni膜为衬底制备了Cl-、ClO4-掺杂的聚吡咯膜,探讨了两种不同阴离子掺杂聚吡咯的电容性能:在1mol/LNaCl溶液中测试,得到Cl-掺杂的聚吡咯比ClO4-掺杂比容量要高(离子半径较小更易于充放电离子的注入与抽取),但可逆性能和稳定性较差,综合考虑性能较好的是ClO4-掺杂的聚吡咯;对该电极进一步考察发现,经过800次充放电测试其比容量衰减很小,可以作为电容器电极材料。
聚吡咯类材料在电容器中主要应用的是聚吡咯,有关其衍生物的研究报道较少。对于聚吡咯而言,研究集中在以吡咯为成分的有机-无机复合物中。通过复合的方式对单一聚吡咯性能进行改善,能制备出电容性能较好的电极材料。因此,聚吡咯复合材料的制备及其在电极中的应用已渐渐成为研究的趋势。
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