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5聚噻吩类电极材料
聚噻吩类用于超级电容器电极材料主要是通过对噻吩进行一定的修饰再制备成相应的电极材料。
Biso等[39]制备了聚3-甲基噻吩电极材料并考察其电容性能,其比容量达到200F/g。Kim等[40]制备了聚3-辛基噻吩与多壁碳纳米管的复合材料,通过对该材料电容性能的表征,指出其有望成为一类性能较好的电极材料。Ferraris等[41]探讨了PEPT(2)、PMSPT(3)、MPFPT(4)、PCNPT(5)4种噻吩衍生物作为电极材料的电容性能,指出这4种材料均具有较高的比能量密度和较高的稳定性,均有望作为电容器的新电极材料。
目前,常用的聚噻吩类材料主要是PEDOT(6),这是由于PEDOT具有可见光区较高的透明度、良好的环境稳定性及热稳定性、较低的氧化还原电位、较高的电导率以及可n型或p型掺杂[42]等优点。Liu等[43]通过电化学聚合在离子液中制备了PEDOT电极材料,发现离子液会影响PEDOT的氧化电位和表面形貌;在0.5mol/LH2SO4和含1mol/LLiClO4的乙腈溶液中分别测试其电容性能,在H2SO4中测试的比容量是LiClO4中的7倍,比容量为130F/g;在H2SO4中进一步测试发现经1000次充放电测试比容量几乎不变,经20000次充放电后比容量仍然保持110F/g,经70000次充放电比容量衰减仅25%,因此该电极材料具有相当高的稳定性,接近实际的应用要求。
Patra等[44]通过电化学聚合在不锈钢基板上制备了PEDOT电极材料,在不同电解液中进行电容性能的考察,1mol/L草酸中比容量最高为250F/g。Bhat等[45]通过在不同电压下电化学聚合制备了n型和p型掺杂的PEDOT电极材料,测试发现两种类型电极的最大比容量只有121F/g,但是通过这种方式制备电极体现了PEDOT材料可多样掺杂的特点,从而可以扩大PEDOT在电容器领域的应用潜力。Liu等[46]通过多孔氧化铝模板利用电化学聚合制备了PEDOT纳米管电极,在1mol/LLiClO4溶液中进行测试,发现扫描速率从50mV/s增加到1000mV/s的过程中,电极仍然保持良好的电容特性,且比容量最高达140F/g(接近理论比容量的70%),而且比功率能达25kW/kg,因而该结构的PEDOT电极是较好的电极材料。
聚噻吩类材料作为电容器电极材料的应用主要集中在其衍生物,对聚噻吩的研究较少。噻吩经修饰后可得到的衍生物很多,可是能满足超级电容器性能且研究比较活跃的是PEDOT。由于可以n型和p型掺杂,这样PEDOT可以比其他物质更具有结构和性能上的可选择性,因而也会在电容器电极材料的研究中受到更多关注和期望。
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