超级电容器有机导电聚合物电极材料的研究进展-第3页-北极星储能网

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2导电聚合物电极材料的分类

由于导电聚合物的掺杂形式以及可掺杂导电聚合物的种类不同，使得导电聚合物在作为超级电容器电极材料使用时可以有不同的组合方式。目前超级电容器中导电聚合物电极主要有3种组合形式。

Ⅰ型聚合物超级电容器的2个电极由完全相同的P型掺杂导电聚合物构成。当电容器充满电时，阴极上的聚合物处于非掺杂状态，阳极上的聚合物处于完全掺杂状态。放电时，处于非掺杂状态的聚合物进行氧化掺杂，处于掺杂状态的聚合物被还原。当放电至两电极都处于半掺杂状态时，两极电压差为零。可见，Ⅰ型电容器放电过程中所释放的电荷数量仅是满掺杂电荷的1/2，而且两极电位差较小(1V左右)。

Ⅱ型聚合物超级电容器的2个电极分别由不同种类导电聚合物组成，两者均可进行P型掺杂。由于选取的导电聚合物电极材料不同，发生掺杂的电位范围不同，使得电容器在完全充电状态下可以具有更高的电压差(一般为1.5V)。在放电过程中，阴阳极电压差为零时，阳极P型掺杂导电聚合物的去掺杂率大于50%，因此电极具有更大的放电容量。

Ⅲ型聚合物超级电容器的2个电极的电极材料由既可以N型掺杂又可以P型掺杂的导电聚合物构成。在完全充电状态下，电容器的阴极处于完全N型掺杂状态，而阳极处于完全P型掺杂状态，从而使两极间的电压差变大(3～3.2V)。掺杂的电荷可以在放电过程中全部释放，极大地提高了电容器的电容量。这类电容器在充放电时能充分利用溶液中的阴阳离子，具有类似于蓄电池的放电特征，因此被认为是最有发展前景的超级电容器。此类结构电容器的主要优点是电容器电压较高，电荷释放完全，充电时2个电极均被掺杂，电荷储存量大。此外由于2电极同时掺杂，电极材料的电导率较高，电容器内阻小，输出功率大。

3超级电容器导电聚合物电极的研究进展

3.1纯有机聚合物电极

自1984年MacDia发现聚苯胺的导电特性以来，历经20多年的发展，聚苯胺以其良好的化学稳定性、快速的脱掺杂能力而引起了广泛的关注。Kwang Sun Ryu等研究了LiPF6掺杂的聚苯胺电极材料，得到的比电容为107F/g。

D.Krishna Bhat等用N型和P型掺杂的PEDOT作电极材料得到比电容为121F/g。杨洪生等以(NH4)4S2O8为氧化剂，采用化学氧化法合成了具有多层次结构的聚苯胺颗粒，通过扫描电镜分析，聚苯胺的二次颗粒由一次颗粒集结而成，一次颗粒的粒径在1μm以下;并将2片聚苯胺电极组装成超级电容器测试，单电极比电容可达324F/g。

有机聚合物电极材料的制备一般为原位化学聚合和电化学聚合。S.Ivanov等详细比较了在质子酸掺杂条件下采用化学聚合法和电化学聚合法制备聚苯胺电极材料的表面结构和电化学行为的区别。通过化学聚合法制备的聚苯胺电极具有粗糙且均一的表面结构，而采用电化学聚合法制备的聚苯胺电极具有紧密且呈粒状的表面结构。通常情况下，采用电化学聚合法制备的聚苯胺电极材料具有较好的电容量和循环性能。这是由于化学聚合法制备的聚苯胺成核速率较快，所形成的高分子链通常呈缠绕结构，不利于电解液中的离子扩散;而电化学聚合法制备的聚苯胺，特别是动电位扫描所制备的聚苯胺，由于氧化电位逐渐增大，更有利于聚苯胺在合成过程中的定向聚合和长大。

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。

原标题：超级电容器有机导电聚合物电极材料的研究进展

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