脉冲电沉积法制备聚苯胺超级电容器电极材料
聚苯胺的制备
随着社会科技的发展，绿色能源成为人类可持续发展的重要条件，而风能、太阳能等非可持性能源的开发和利用面临着间歇性和不稳定性的问题，这就催生了大量的储能装置，其中比较引人注目的包括太阳能电池、锂子电池和超级电容器等。
超级电容器作为一种新型化学储能装置，具有高功率密度、快速充放电、较长循环寿命、较宽工作温度等优秀的性质，目前在储能市场上占有很重要的地位，同时它也广泛应用于军事国防、交通运输等领域。
目前，随着环境保护观念的日益增强，可持续性能源和新型能源的需求不断增加，低排放和零排放的交通工具的应用成为一种大势，电动汽车己成为各国研究的一个焦点。
超级电容器可以取代电动汽车中所使用的电池，超级电容器在混合能源技术汽车领域中所起的作用是十分重要的，据英国《新科学家》杂志报道，由纳米花和纳米草组成的纳米级牧场可以将越来越多的能量贮存在超级电容器中。
随着能源价格的不断上涨，以及欧洲汽车制造商承诺在1995年到2008年之间将汽车CO2的排放量减少25%，这些都促进了混合能源技术的发展，宝马、奔驰和通用汽车公司已经结成了一个全球联盟，共同研发混合能源技术。
2002年1月，我国首台电动汽车样车试制成功，这标志着我国在电动汽车领域处于领先地位。
而今各种能源对环境产生的负面影响很大，因此对绿色电动车辆的推广提出了迫切的要求，一项被称为Loading-leveling(负载平衡)的新技术应运而生，即采用超大容量电容器与传统电源构成的混合系统“Battery-capacitor hybrid”(Capacitor-battery bank) [1]。
目前对超级电容器的研究多集中于开发性能优异的电极材料，通过掺杂与改性，二氧化锰复合导电聚合物以提高二氧化锰的容量[1、2、3]。
生瑜(是这个人吗？)等[4]通过原位聚合法制备了聚苯胺/纳米二氧化锰复合材料，对产物特性进行细致分析。
因导电高分子具有可逆氧化还原性能，通过导电高分子改性，这对于提高二氧化锰的性能和利用率是很有意义的。
聚苯胺复合电极材料制备及超级电容性能研究
聚苯胺复合电极材料制备及超级电容性能研究聚苯胺复合电极材料制备及超级电容性能研究近年来，随着电子设备迅速发展以及清洁能源需求日益增长，超级电容器作为一种高性能能量存储装置备受关注。
聚苯胺作为一种优秀的导电高分子材料，具有良好的导电性能和电化学反应活性，被广泛应用于超级电容器领域。
然而，纯聚苯胺电极材料的电容性能仍然有限。
为了提高聚苯胺电极的电化学性能，不断有研究者开展了聚苯胺复合电极材料的制备及其超级电容性能的研究。
聚苯胺复合电极材料的制备方法多种多样，包括原位聚合法、溶液混合法、电化学沉积法等。
其中，原位聚合法是目前最常用的制备方法之一。
该方法通过在聚苯胺溶液中添加相应的添加剂，如碳纳米管、氧化石墨烯等，在聚合反应过程中与聚苯胺形成复合结构，以增加材料的导电性和电化学反应活性。
例如，将碳纳米管引入聚苯胺溶液中，通过原位聚合得到聚苯胺/碳纳米管复合材料，可以显著提高电极材料的比表面积和导电性能，进而提高超级电容器的能量密度和功率密度。
此外，溶液混合法是另一种常用的制备方法。
该方法通过将聚苯胺和其他添加剂溶解在共溶溶剂中，并通过化学反应或物理混合将它们结合在一起。
例如，将聚苯胺与氧化石墨烯溶解在N-甲基吡咯烷酮中，通过溶液混合得到聚苯胺/氧化石墨烯复合材料，可以提高电极材料的尺寸稳定性和电化学活性表面积，从而提高超级电容器的循环稳定性和电容性能。
除了制备方法的不同外，研究者们还通过调节添加剂的类型和含量，进一步改善聚苯胺复合电极材料的性能。
例如，在聚苯胺溶液中添加不同比例的金属氧化物（如Co3O4、MnO2），可以提高材料的离子扩散速率和电子传导性能，从而增加材料的容量和电流密度。
此外，引入氧化石墨烯等低维纳米材料也被证明能够提高聚苯胺复合电极材料的导电性和力学性能。
在制备了不同类型的聚苯胺复合电极材料后，研究者们对其超级电容性能进行了系统的研究。
通过电化学测试，可以测量材料的比电容、循环稳定性和能量密度等性能指标。
聚苯胺-双金属氢氧化物超级电容器材料及其制法的制作流程
本技术涉及超级电容器技术领域，且公开了一种聚苯胺双金属氢氧化物超级电容器材料及其制法，包括以下配方原料：镧掺杂Co Ag双金属氢氧化物、2,6二硝基苯胺、引发剂。
该一种聚苯胺双金属氢氧化物超级电容器材料及其制法，Co Ag双金属氢氧化物镧掺杂Co Ag 双金属氢氧化物形成层状结构，具有较大的比表面积和孔径，可以使电荷很好地在电解质和电极材料之间匀速和迁移，并且Ag具有很高的电导率，提高了电极材料的导电性，促进了电荷的迁移和传输效率，聚苯胺包覆双金属氢氧化物，2,6二硝基苯胺中的硝基基团具有很强的吸电子性，降低了C原子的电子云密度，提高了聚苯胺的极性，增强了聚苯胺的在电解质中的耐酸碱性和化学稳定性。
权利要求书1.一种聚苯胺-双金属氢氧化物超级电容器材料及其制法，包括以下按重量份数计的配方原料，其特征在于：40-53份镧掺杂Co-Ag双金属氢氧化物、32-50份2,6-二硝基苯胺、10-15份引发剂、制法包括以及以下实验药品：无水氯化钴、硝酸银、硝酸镧六水合物、蒸馏水、六次甲基四胺、无水乙醇、氢氧化钠、冰醋酸。
2.根据权利要求1所述的一种聚苯胺-双金属氢氧化物超级电容器材料及其制法，其特征在于：所述引发剂为过硫酸胺。
3.根据权利要求1所述的一种聚苯胺-双金属氢氧化物超级电容器材料及其制法，其特征在于：所述镧掺杂Co-Ag双金属氢氧化物制备方法包括以下步骤：(1)依次向反应瓶中加入适量的蒸馏水再加入无水氯化钴和硝酸银并搅拌溶解，再加入无水乙醇和六次甲基四胺，蒸馏水和无水乙醇的体积比为1.5-2.5:1，在缓慢加入氢氧化钠，调节pH至9-10，控制溶液中总溶质的质量分数为3-12％，搅拌均匀后将溶液转移进自动水热反应釜中，将温度升至120-135℃，匀速搅拌反应15-20h，反应结束将溶液冷却至室温过滤除去溶剂，并使用蒸馏水洗涤固体产物，得到Co-Ag双金属氢氧化物。
(2)向自动水热反应釜加入适量的蒸馏水，再依次加入硝酸镧和上述步骤(1)制得的Co-Ag双金属氢氧化物，控制溶液中总溶质的质量分数为2-10％，将，将温度升至110-120℃，匀速搅拌反应8-12h，反应结束后将溶液冷却至室温并过滤除去溶剂，使用蒸馏水将固体产物洗涤干净后置于鼓风干燥箱中充分干燥，得到层状的镧掺杂Co-Ag双金属氢氧化物。
超级电容器电极材料的制备及性能研究
超级电容器电极材料的制备及性能研究超级电容器是一种新型电化学储能装置，具有高能量密度、高功率密度、长循环寿命等优势，被广泛应用于储能系统、电动汽车、智能电网等领域。
而电极材料是超级电容器组成的重要部分，其制备和性能研究对超级电容器的性能有着重要影响。
超级电容器电极材料主要可分为活性材料和导电助剂两类。
活性材料是负责吸附和释放电荷，其优选因素包括高比表面积、优良的电导率、良好的电容和电子传输性能等。
常用的活性材料有活性炭、金属氧化物、导电高分子等。
导电助剂用于提高活性材料的电子传输性能和循环稳定性，常用的导电助剂有碳纳米管、石墨烯等。
制备超级电容器电极材料的方法主要包括物理法、化学法和电化学法等。
物理法主要是通过物理处理，如磨粉、高温处理等，来改善材料的结构和性能。
化学法主要是通过化学反应来合成所需的电极材料，如溶剂热法、溶胶-凝胶法等。
电化学法主要是通过电化学沉积、电沉积等方法来制备电极材料。
超级电容器电极材料的性能主要包括比表面积、电导率、循环寿命、透气性和损耗等指标。
比表面积是评价电极材料储电性能的重要指标，常用的测试手段包括比表面积仪和气体吸附法。
电导率是评价电极材料导电性能的指标，主要通过四探针电阻仪和电化学阻抗谱等测试方法进行测量。
循环寿命是评价电极材料循环稳定性的重要指标，常用的测试方法包括循环伏安法和恒电流充放电法。
透气性是评价电极材料透气性能的指标，通常通过气体透过性测试来进行评价。
损耗是评价电极材料耗能性能的指标，主要通过交流阻抗测试来进行评价。
综上所述，超级电容器电极材料的制备和性能研究对超级电容器的性能具有重要意义，通过合理设计和制备电极材料，可以提高超级电容器的储电性能、循环稳定性和耗能性能。
在今后的研究中，需要进一步探索新型电极材料的制备方法和性能研究手段，以进一步提高超级电容器的性能。
聚苯胺超级电容器材料
科研训练报告书项目名称：聚苯胺超级电容器材料学生姓名：陶学楷学号：2012211927专业班级：高分子材料与工程12-1班指导老师：汪瑾2014年 7 月 12 日摘要：综述了超级电容器的分类、机理以及特性。
阐述了超级电容器用导电聚苯胺的现状和发展方向。
并比较了超级电容器用聚苯胺的合成方法。
同时表明不同的掺杂物种、掺杂方式对PANI的结构、稳定性的影响甚大关键词：超级电容器；聚苯胺；比电容；循环特性1.背景知识介绍超级电容器也称电化学超级电容器，是20世纪七八十年代发展起来的一种介于电池和传统电容器之间的新型储能器件，其具有法拉级的超大电容量，比同体积的电解电容器容量大2 000～6 000倍，功率密度比电池高10～100倍，具有工作温度范围宽、可大电流充放电、充放电效率高的优点，充放电循环次数可达10万次以上，循环效率高(大于99％)，并且免维护。
超级电容器可广泛应用于机动车启动、电动工具、太阳能发电、电厂峰谷平衡、国防等领域，其优越的性能及广阔的应用前景受到了各个国家的重视[1-3]。
根据存储电能的机理不同，超级电容器可分为双电层电容器和赝电容器[4]。
双电层电容器使用的电极材料多为多孔碳材料，如活性炭、碳气凝胶、碳纳米管(CNTs)等。
赝电容器也叫法拉第准电容器，其产生机制与双电层电容器不同，通常具有比双电层高lO一100倍的比容量和比能量。
目前赝电容器的电极材料主要为一些金属氧化物和导电聚合物[5]。
用导电聚合物作为超级电容器的电极材料是近年来发展起来的。
常见的导电聚合物材料有聚吡咯(PPY)、聚噻吩、聚苯胺(PANI)、聚对苯、聚并苯、聚乙炔二茂铁、聚亚胺酯及它们衍生物的聚合物如聚3一(4一氟苯基)噻吩、聚反式二噻吩丙烯氰等。
目前对导电聚合物电容器的研究主要集中在提高其循环寿命上[6]。
双电层电容器和法拉第电容器的特性差别双电层电容器法拉第电容器双电层储能原理氧化还原反应储能原理比电容相对较低比电容相对较高适合大电流放电不适合大电流放电高导电率和低内阻低导电率和高内阻恒流放电时电位线性变化往往存在特征放电电位电容量随电压恒定电容量不随电压恒定1879年,德国物理学家亥姆霍兹(Helmholtz)提出界面双电层电容理论,该理论是研究固体与液体、固体与固体界面性质的一种理论。
脉冲电化学法制备_海绵状_聚苯胺
2
2． 1
结果与讨论
产物的形貌和结构表征
图 1 是脉冲电化学聚合法制备的 PANI 以及剥离了 PANI 后的 ITO 导电玻璃表面的扫描电镜图 （ SEM） ．
PANI（ a、 b、 c） 和 PANI 剥离后 ITO 导电玻璃表面（ d） 的 SEM 图 图 1 “海绵状” Fig． 1 SEM images of spongelike polyaniline （ a， b， c） and the surface （ d） of ITO substrate after removal of the PANI film
+
振动频率 / cm 804 1 135 1 241 1 303 1 482 1 575
－1
注： B 表示聚苯胺的苯环结构 ； Q 表示聚苯胺的醌环 结构
FTIR spectrum of the PANI
1 575 cm － 1 处 为 NQN 中 CN 伸 缩 振 动 吸 收 峰， 1 482 cm － 1 对 应 由图 2 及 表 1 可 知， NBN 中 CN 伸缩振动吸收峰， 1 303 cm － 1 处为 NH 弯曲振动吸收峰， 1 241 cm － 1 为 CN －1 伸缩振动吸收峰， 此外， 在 1 135 cm 处的吸收峰的强度非常大， 而该吸收峰对应 CH 的 （ CH 来 自 BN 或 QN 中） 面内弯曲振动吸收峰， 该结构中的 CH 键与制备 PANI 过程中质子化作用相
表1 Tab． 1 图 2 中 PANI 的主要 FTIR 振动频率 Main FTIR vibration frequencies of the PANI in Fig． 2 振动模式 CH 面外弯曲振动 BNH B 或 QN CN 伸缩振动 CH 弯曲振动 NBN 伸缩振动 NQN 伸缩振动 图2 Fig． 2 PANI 的红外谱图
电沉积制备MnO2_C超级电容器电极材料的研究共15页
电 化 示学 意测 图试 装 置
测试设备
隔膜
研究电极
辅助电极
计算机 参比电极
(3) 对最优工艺下制备的二氧化锰材料进行掺杂
改性，考察碳对二氧化锰结构和性能的影响，确 定最佳掺杂量
超级电容器二氧化锰电极材料因其储量丰富、价格低廉、
环境友好及电化学性能优良等特点，近年来成为倍受重视的超 级电容器电极材料，吸引了人们越来越多的目光。如何提高二 氧化锰材料的比表面积、比容量及其循环性能，降低材料电阻 率等问题仍是目前的研究重点。
锰/炭复合材料。
本实验主要是在寻找二氧化锰最优电沉积 制备工艺。主要研究内容简介如下：
(1) 以醋酸锰为原料，石墨板为阴极，采用脉 冲电沉积的方法在阳极基体上制备三维网状 二氧化锰。通过实验探讨不同脉冲频率、占 空比、电流密度、电解液浓度及电沉积温度 等单因素变量对沉积产物电化学性能的影响， 从而确定最佳的二氧化锰制备工艺。
2013. 6—2013.9 掺杂C对MnO2电极材料的改性研究，并制备MnO2/C超级 电容器电极材料
2013.10
总结研究成果，撰写结题报告，参加结题答辩和成果推广
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
本实验以廉价的过渡金属氧化物二氧化锰为研究 对象，以提高其充放电比容量和循环性能为目标， 研究MnO2/C超级电容器电极材料，
MnO2电极材料中掺杂C元素后沉积产物中没有生 成新的物相。当电解液中C浓度为10 mMol/L时产 物的电化学性能最优，0.5 A/g电流密度下放电比容 量由掺杂前的289.9 F/g提高到345.5 F/g，并且该样 品在较大电流密度下的循环稳定性良好，经100次 充放电循环，1.0 A/g、1.5 A/g和2.0 A/g电流密度下 的放电比容量分别由初始值298.2 F/g、275.5 F/g、 258.2 F/g上升至300.0 F/g、283.6 F/g和265.5 F/g
聚苯胺电化学沉积及其电性能研究
聚苯胺电化学沉积及其电性能研究作者：薛文静沈浩来源：《中国科技博览》2017年第18期[摘要]聚苯胺（PANI）作为导电聚合物具有简便的制备方法、低廉的价格、良好的导电性等优越的特点而引起人们的广泛关注。
电化学沉积聚苯胺实验操作简单、条件容易控制、性能稳定，解决了化学法合成聚苯胺中的难点。
本文利用电化学法粗化后的石墨纸为电极，在0.25mol/L苯胺溶液和0.5mol/L H2SO4溶液中，利用脉冲电位法，并通过改变脉冲次数、循环次数、电流强度等条件，寻找最佳的电沉积方法。
[关键词]聚苯胺；电化学法；比电容；电极材料中图分类号：O633.21 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）18-0356-01一、前言在导电高分子的研究中，电化学聚合法已广泛应用，具有潜在的工业化前景[1]。
近年来，电化学方法逐渐发展起来，一些具有特殊性质的高分子配合物[2]和导电聚合物[3-4]等都可以利用电化学法进行沉积。
聚苯胺（PANI）是一种普遍应用的导电材料，因其合成工艺简便、化学稳定性良好、原料易得而受到广大科研人员的关注。
电化学制备聚苯胺以电场为动力、在含有苯胺的电解质溶液中，选择合适的沉积条件，直接氧化聚合苯胺单体，从而在工作电极上生成聚苯胺。
本文主要利用脉冲电位法在电化学处理后的石墨纸上进行聚苯胺的沉积。
通过不同的沉积条件，探究其电化学性能。
1.实验部分采用天然鳞片石墨，经过酸溶液插层、氧化、微波膨胀后得到膨胀石墨粉，膨胀石墨粉经过压片、粗化得到膨胀石墨载体，干燥、称量后待用。
以粗化后的石墨圆片作为工作电极，在自制的酸性溶液中，利用脉冲电位法沉积，得到沉积在石墨电极上的聚苯胺。
设置脉冲电位范围0.35V～0.85V，脉冲宽度为5s，脉冲次数为100次。
改变脉冲次数为160次，重复以上实验过程，比较不同脉冲次数聚苯胺的电性能。
在5mol/LH2S04溶液中，-0.2V～0.6V的电位范围内，以10mV/s扫描速度对已经沉积的聚苯胺进行电化学活性研究。
电沉积法制备超级电容器电极材料纳米MnO2
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Ｎ ａ Ｏ ４ｅｅ ｔｏｌ ｔ ｉｄｉａ ｅ ｔ ｔ ｈｅ ｍ ａｘｍ ｕｍ ｐ ｃｆｃ ｃ ｐａ ｉｙ ｏｆ ｈ ａ ｅ ｉｌｄｅ ｏｓｔ ｄ ｙ ｇａｖａ ｏｓ ａ ｉ ｚ Ｓ ｌｃ ｒ ｙ ｅ ｎ ｃ ｔ ｈａ ｔ ｉ ｓ ｅ ｉｉ ａ ｃｔ ｔ ｅ ｍ ｔ ｒａ ｐ ｉｅ ｂ ｌ ｎ ｔ ｔｃ
聚苯胺电极材料制备
聚苯胺电极材料制备
聚苯胺电极材料是一种重要的电活性材料，可以用于制备电化学传感器、超级电容器、锂离子电池等电化学器件。
以下是一种常见的聚苯胺电极材料制备方法：
1. 材料准备：准备好苯胺单体、过硫酸铵和适量的溶剂（如水、乙醇等）。
2. 溶液制备：将适量的苯胺单体和过硫酸铵溶解在溶剂中，搅拌均匀，形成聚苯胺溶液。
3. 沉积：将电极基底（如玻碳电极）浸入聚苯胺溶液中，通过电化学方法进行沉积。
具体操作方法可采用循环伏安法或恒电流电位法。
4. 沉积条件：根据需要，可以通过控制循环伏安曲线或电流密度来调节沉积时间和电流大小，以实现不同形态和性能的聚苯胺电极材料。
5. 洗涤和干燥：将沉积后的电极基底取出，用适量的溶剂对其进行洗涤，去除掉残留的溶剂和杂质。
然后将电极基底放入干燥器中进行干燥，得到聚苯胺电极材料。
需要注意的是，在制备过程中要注意控制沉积条件、溶剂的选择和洗涤步骤，以确保得到高质量的聚苯胺电极材料。
石墨烯-聚苯胺杂化超级电容器电极材料
而， 在掺杂和去掺杂过程中 ， 导电聚合物容易发生溶胀和收缩行为， 这往往会破坏电极并使其 电化学
收稿 日期 ： ２ ０ １ ３ ￣５ － ３ １ ． 基金项 目：国家 自然科 学基金 （ 批准号 ： ５ ０ ７ ７ ３ ０ １ ２， ５ １ １ ７ ３ ０ ２ ７ ） 、国家重点基础研 究发展计划 （ 批准号 ： ２ ０ １ １ Ｃ Ｂ ６ ０ ５ ７ ０ ２ ） 和 海纳米 科技项 目（ 批准号 ：ｉ ０ ５ ２ ｎ ｎ ＇ Ｊ Ｘ ￣ ０ ０） 资助． 联系人简介 ： 卢红斌 ， 男 ，博士 ， 教授 ， 博士生导师 ， 主要从事多尺度石墨烯基复合材料 的可控制备 、 性能及应用研究．
装置 ，以面对不 可再 生资源 的 Ｅ ｌ 益 枯竭 以及环境 污染 的加 剧．超 级 电容器 作 为一种 兼 有传 统 电容器 与
二次 电池优 点 的新 型储 能器件 ，能提供 高于传 统 电容 器 的能量 密度 ，以及 相较 于 二次 电池 更加 优异 的
功率 密度 和循环 寿命 ， 有望 广泛应 用在 能量 转 化 、航 天 系统 、 通 讯 工程 以及微 电子器 件 等领 域 ．众 所
们 的广 泛关 注 ． 导 电聚 合物基 超级 电容器 通常是 赝 电容器 ，通过 在 电极 本 体材 料 中发 生 氧化 还 原反 应储 存 电荷．
相较 于碳基 的双 电层 电容 器 ， 赝 电容器通 常具有 更高 的能量 密 度和 相对 较低 的功率 密度 ．这是 因为 赝
电容器在整个电极 内部均可发生反应 ， 而碳基电容器仅能在其电化学表面储存 电荷．然而， 考虑到 电
１ ７ ０ Ｖ
０ ． ３ Ａ ｇ ～ ３ Ａ －ｅ ｍ
７ ９ ％ ／ ８ ０ ０ ｃ ｙ ｃ ｌ ｅ ｓ ３ ３ ０ Ｆ ・ｅ ｍ一 ／ １ ０ ０ ０ ｃ ｙ ｃ ｌ ｅ ｓ ９ ０ ． ７ ％ ／ ５ ０ ０ ｃ ｙ ｃ ｌ ｅ ｓ ６ ７ ％ ／ ４ ０ ０ ｃ ｙ ｃ ｌ ｅ ｓ ７ ４％ ／ １ ０ ０ ０ ｃ ｙ ｃ ｌ ｅ ｓ ９ ０％ ／ ５ ０ ０ ｃ ｙ ｃ ｌ ｅ ｓ ９ ８ ％ ／ １ ０ ０ ０ ｃ ｙ ｃ ｌ ｅ ｓ ７ ９％ ／ １ ０ ０ ０ ｃ ｙ ｃ ｌ ｅ ｓ ７ ３％ ／ ５ ０ ０ ｃ ｙ ｃ ｌ ｅ ｓ ６ ４％ ／ ５ ０ ０ ｃ ｙ ｃ ｌ ｅ ｓ
超级电容器用导电聚苯胺基电极材料的制备与电容性能分析
随着科学的发展，各项生产工作对储能器件工作能力的需求越来越高。
新型储能器件超级电容器在传统电容器工作优势的基础上新增了电池能量密度较高的优点。
电容器的功率更高，使用寿命更长，使用过程中的维修率更低，污染程度也更轻。
超级电容器中的双电层电容器功率高、使用寿命长，不足在于能量密度偏低。
而法拉第电容器恰好相反，内部能量密集程度显著，在工作状态下，其工作与氧化还原有关，可能会降低电容器的循环寿命。
将聚苯胺用作电容器电极的原材料，可发挥聚苯胺材料合成方便、形貌可控的优势[1]。
该文分析了超级电容器用导电聚苯胺基电极材料的制备与电容性能，有助于推动超级电容器的研究进展，并将超级电容器应用于太阳能、风能发电，助力社会经济发展。
1 超级电容器与聚苯氨电极材料概述1.1 超级电容器目前，储能装置研究领域重点关注了超级电容器的研制与发展。
与传统电容器相比，超级电容器既有相似之处，也有不同之处。
相似点：储能机理类似，充、放电过程效率较高，使用寿命较长，电容器能量密度较高。
不同点：超级电容器的功率密度显著较高，比传统电容器超出进90倍之多[2-3]。
鉴于超级电容器的上述应用优势，其在现阶段的新能源发展中成了研究的热点课题与重要发展方向，被应用于新能源发电、并网发电。
应用于新能源交通工具，可降低对石化资源的依赖性。
同时油电混合动力汽车还有助于减轻大气污染。
未来，超级电容器有望在军事领域进行拓展应用。
激光武器、潜艇、导弹及航天飞机等军事武器搭载超级电容器后，将达到更高的使用功率，提升战备军事实力。
1.2 导电聚苯胺基材料电极材料决定了超级电容器的电化学性能。
目前的电极材料应用研究领域主要在开发具有更高高比容量的新材料，目的是改善电容器的电极性能。
导电聚合物的电化学优势众多，其中较广泛的电压窗口、高导电率以及高比容量等特点最突出，并且导电聚合物的电化学活性易于控制，极大地提升了其在电容器电极材料中的应用表现。
此外，在性价比方面，导电聚合物的优势也比较明显。
一种超级电容器用聚苯胺纳米纤维电极材料的制备方法[发明专利]
![一种超级电容器用聚苯胺纳米纤维电极材料的制备方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/f566a22bda38376baf1faeeb.png)
专利名称：一种超级电容器用聚苯胺纳米纤维电极材料的制备方法
专利类型：发明专利
发明人：范丽珍,关慧,韩凌,王寻,冯玉川
申请号：CN200910243308.8
申请日：20091217
公开号：CN101710541A
公开日：
20100519
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种超级电容器用聚苯胺纳米纤维电极材料的制备方法，属于电化学和新能源材料领域。
其特征在于：工艺步骤为：苯胺与引发剂溶于二氯甲烷有机相，氧化剂溶于无机酸掺杂剂水相，0～30℃下界面聚合，然后经过分液，洗涤，干燥制备而成；其中二氯甲烷有机相与无机酸掺杂剂水相的体积比为1∶1，苯胺浓度范围为0.02～1mol/L，引发剂浓度范围为0.02～
0.002mol/L，苯胺与氧化剂的摩尔比范围：1∶1～8∶1。
本发明制备出结构可控的聚苯胺纳米纤维，具有良好的一维方向性、导电性以及电化学性能。
该电极材料的比电容可达549Fg，同时该材料具有制备工艺简单的优点。
申请人：北京科技大学
地址：100083 北京市海淀区学院路30号
国籍：CN
代理机构：北京东方汇众知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：刘淑芬
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究 发 现 采 用 脉 冲 电沉 积 法 制 备 的 聚 苯 胺 比 同条 件
下 恒 电流 法 制 备 的 聚 苯胺 具 有 更 优 异 的 电化 学 性 能， 形貌 呈纤 维状 ， 直径 约 为 １ ０ ０ ｎ ｍ。纤维 状 的聚苯
胺具有更高的电子导电性 ， 使其具有 比颗粒态聚苯 胺更 好 的 电化 学 性 能 ， 在超 级 电容 器 中 的应用 前 景 更 为广 阔 ， 逐 渐成 为 国 内外 学者 研究 的热 点 。 本文采用脉冲电沉积法 ， 在含硫酸的电解液 中 制备纤维状的导 电聚苯胺。对其结构 、 形貌等进行 了表征 ， 将制备得到的聚苯胺用作超级电容器 电极 材料 ， 对其电化学性能进行 了研究。
沉积 温度 为 ３ ５ ℃。 分别 以钛 片 和石墨板 作 阳极 和 阴
基金项 目 ： 秦皇岛市科学技术局科学技术研究与发展计划项 目（ ２ ０ １ ３
０ ２ Ａ ２ ３ ２ ）
作者简介 ： 季鸣童 （ １ ９ ８ １ 一 ） ， 男， 河北唐 山人 ， ２ ０ １ ２ 年毕业于燕 山大学 环境工程专业 ， 硕士 ， 讲师 ， 主要从 事新 能源材料 的制备及
Ｍａ ｎ ａ ｇ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ， Ｑ ｉ ｎ ｈ ｕ ａ ｎ ｇ ｄ ａ ｏ ０ ６ ６ ０ ０ ４ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｆ ｉ ｂ ｒ ｅ ｌ ｉ ｋ ｅ ｐ ｏ ｌ ｙ ａ ｎ ｉ ｌ ｉ ｎ ｅ ｗａ ｓ ｓ ｙ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｚ ｅ ｄ ｂ ｙ ｐ ｕ ｌ ｓ ｅ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｄ ｅ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ． Ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｒ ｐ ｈ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ ｍｉ ｃ ｒ ｏ — ｓ ｔ ｒ ｕ ｔ —
性能研究 。
１ ２
季鸣 童等 ： 脉 冲电沉积 法制备聚苯胺超级 电容器电极材料 ’
２ ０ １ ４年第 ｏ ４ 期
极 。所得 产物 以去离 子水 清洗 后 ， 于６ ０ ｏ （ ＝ 下 真空 干
燥 １ ２ ｈ 。
２ ． ２ ＳＥＭ
利 用 扫 描 电镜 对 聚苯胺 的微 观形 貌 进行 表 征 ， 结 果见 图 ２ 。
中图分类号 ： ０ ６ ４ ６ 文献标识码 ： Ａ
Ｊ １ Ｍｉ ｎ ｇ － ｔ ｏ ｎ ｇ ， Ｃ ＡＯ Ｊ ｉ ｎ ｇ － ｙ ｕ ２ ， Ｐ ＥＮＧ Ｙｕ － ｄ ａ ｎ ， Ｌ Ｉ Ｕ Ｔ ｉ ｎ ｇ － ｔ ｉ ｎ ｇ
Ｐｏ ｌ ｙ ａ ｎ ｉ ｌ ｉ ｎ ｅ ａ ｓ ｓ ｕ ｐ ｅ ｒ ｃ ａ ｐ ａ ｃ ｉ ｔ ｏ ｒ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｄ ｅ ｖ ｉ ａ ｐ ｕ ｌ ｓ ｅ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｄ ｅ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ＊
（ １ ． Ｑ ｉ ｎ ｈ ｕ ａ ｎ ｇ ｄ ａ ｏ Ｂ ｒ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｆ Ｎ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ａ ｓ ｔ Ｐ ｅ ｔ ｒ ｏ ｌ ｅ ｕ ｍ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｑ ｉ ｎ ｈ ｕ ａ ｎ ｇ ｄ ａ ｏ ０ ６ ６ ０ ０ ４ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ． Ｎ ｏ ｒ ｔ ｈ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｂ ｒ ａ ｎ ｃ ｈ ｏ ｆ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ
摘
要： 采用脉 冲电沉积法制 备得到纤维状 聚苯胺 ， 采 用 ｘ射线衍 射（ Ｘ Ｒ Ｄ） 、 扫描 电镜 （ Ｓ Ｅ Ｍ） 及 红外光
谱（ ｒ ｒ — Ｉ Ｒ） 等手段对其结构 、 形貌等进行了表征 。将所得 聚苯胺用作超级 电容器 电极 材料 ， 采用恒流充放电 、 循环伏安 （ ｃ Ｖ） 和电化学 阻抗 （ Ｅ Ｉ Ｓ ） 等技术测试其 电化 学性 能 ， １ ． ０ Ａ． 下 的放 电比容量为 ３ ３ ６ ． ３ Ｆ ・ ｇ － 。 关键词 ： 聚苯胺 ； 超级电容器 ； 脉冲 电沉积
温至 ７ ０ ０ ℃， 升 温速率 １ ０ ℃・ ｍ ｉ ｎ ～ 。 １ ． ３ ． ２ 电化 学 测试 电化 学 测试 采 用 三 电极 体 系 。 以聚苯 胺 为研 究 电极 ，活性 炭 为辅 助 电极 ， Ｈｇ ／ Ｈ ｇ Ｏ
由 图 ２可 以看 出 ， 聚 苯胺 呈 纤 维 状 结 构 ， 纤 维
ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｅ ｏ ｃ ｈ ｅ ｍ ｉ ｃ ａ ｌ ｉ ｍｐ ｅ ｄ ａ ｎ ｃ ｅ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ａ （ Ｅ Ｉ Ｓ ） ． ｈｅ Ｔ ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ｆ ｉ ｃ ｃ ａ ｐ ａ ｃ ｉ ｔ ａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｐ ｏ ｌ ｙ ａ ｎ ｉ ｌ ｉ ｎ ｅ ｗ ａ ｓ ３ ３ ６ ． ３ Ｆ ｇ 。ａ ｔ ａ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｄ ｅ ｎ —
ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ １ Ａ‘ ｇ － ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ｐ ｏ ｌ ｙ ａ ｎ ｉ ｌ ｉ ｎ ｅ； ｓ ｕ ｐ ｅ ｒ ｃ ａ ｐ ａ ｃ ｉ ｔ ｏ ｒ ； ｐ ｕ ｌ ｓ ｅ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｏｄ ｒ ｅ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ
目前 ， 国内外制备 聚苯胺 （ Ｐ Ａ Ｎ Ｉ ） 的方法很多 ， 所 得 聚苯 胺 材 料 的形 貌 结 构 以及 电化 学 性 能 也 有 很大差别。电化学法制备聚苯胺是在含苯胺单体 的 酸 性 电解 液 中 ， 以某 种 惰 性 导 电材 料 为 正 极 ， 通 过 电化学氧化作用使聚苯胺在其表面生成 。 该法优点 是工艺简单 、 反应条件易控、 产品杂质含量低 。 Ｚ ｏ ｔ ｔ ｉ 等人 和 Ｄ ｉ ｎ ｈ ｔ ¨ 等人 研究发 现 ， 在Ｈ ｚ Ｓ Ｏ 、 ＨＮ Ｏ 的水 溶液 中采用 恒 电流法 和 恒 电位 法制 得 的 聚苯胺微观形貌呈不规则颗粒状 ， 利用循环伏安法 将 ＨＢ Ｌ和 Ｈ Ｃ １ ０ 作 为掺 杂 酸 ，制得 纤 维 状 的聚 苯 胺， 但直径较大 ， 普遍在 ６ ０ ０ ｎ ｍ以上 。Ｚ ｈ ｏ ｕ ｔ 】 等人研
程 同聚苯 胺 电极 相 同 ， 泡 沫镍 面积 为 ２ ． ５ ｃ ｍ×２ ． ５ ｃ ｍ。
１ ． ３ 表征与测试方法
１ ． ３ ． １ 仪器与设备 ｘ 一 射线衍射（ Ｘ Ｒ Ｄ ） 测试采用
图 ２ 聚苯胺的 Ｓ Ｅ Ｍ 图
Ｆ ｉ ｇ ． ２ Ｓ Ｅ Ｍ ｉ ｍａ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｐ ＡＮＩ
１ 实验 部 分
１ ． １ 聚 苯 胺 制 备
收稿 日期 ： ２ ０ １ ４ — ０ ２ — １ ７
实验所用药 品及试剂 ： 苯胺和硫酸（ 均为分析 纯） 。以苯胺和硫酸混合液为电解液 ， 其中苯胺浓度 ０ ． ２ ｍ ｏ ｌ ・ 【 『 ・ ， Ｈ ｚ Ｓ Ｏ 浓度 ０ ． ５ ｍ ｏ ｌ ・ Ｉ Ｊ － 。聚苯胺的制备采 用单 向脉冲电沉积 ， 脉冲频率为 １ ０ ０ ０ Ｈ ｚ ， 占空比为 ５ ０ ％， 平均 电流密度 为 ２ ｍ Ａ ・ ｃ ｍ － ２ ， 沉积时间 ３ ０ ｍ ｉ ｎ ，
化
学
工
程
师
Ｃ ｈ ｅ ｍ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ
文章编号 ： １ ４） ０ ４ — ０ ０ １ １ － ０ ３
２ ０ １ ４ 年第 ０ ４ 期
辩
解
篝
拜
发
脉 冲 电沉积 法制备聚苯胺超级 电容 器电极材料
Ｄ — ｍ ａ ｘ 一 ２ ５ ０ ０ ／ Ｐ Ｃ型 ｘ 一 射线衍射 仪 ， 铜（ Ｃ ｕ ） 靶Ｋ ｏ 【 射线 ， 波长 ０ ． １ ５ ４ ０ ６ ｎ ｍ， 扫描速度 ５ 。 ・ ｍ ｉ ｎ ～ 。 扫描电镜 （ Ｓ Ｅ Ｍ， Ｓ － ４ ８ ０ ０型 ） 用 于观察 聚 苯胺 的微 观 形 貌 。傅 立叶转换红外光谱 （ Ｆ Ｔ — Ｉ Ｒ， Ｔ ｈ ｅ ｒ ｍ ｏ 公司 Ｎ ｉ ｃ ｏ ｌ ｅ ｔ Ｓ １ ０ 型） ， 扫描 范 围 ４ ０ ０ ０ ～ ６ ５ ０ ｃ ｍ～ 。热 重分 析 （ Ｔ Ｇ — Ｄ Ｔ Ａ， 岛津 Ｄ Ｔ Ｇ 一 ６ ０ Ａ型 ） 在 空气 氛 围进 行 ， 温度 范 围为室
１ ． ２ 电极 制备
聚苯胺作为超级 电容器的正极 ， 按照 １ ５： ３： １ 的质量 比称 取 聚苯 胺 、 乙炔 黑 和聚 四氟 乙烯 （ Ｐ １ ＇ Ｆ Ｅ， ６ ０ ％ ￥ Ｌ 液） ， 加入适量无水 乙醇 ， 混合均匀 ， 水浴蒸发 形 成浆 料 ， 涂于 ｌ ｃ ｍ ｘ ｌ ｃ ｍ 的泡 沫镍上 ， ６ ０ ℃真 空 干 燥 ２ ４ ｈ ， ２ ． ０ ＭＰ ａ 下 压 片 ，电极上 活 性 物 质质 量 约 为 ８ ｍ ｇ 。 活性炭电极作为超级电容器的负极 ， 其制备过
的直径约 ２ ０ ｎ ｍ左右 ， 且分布比较均匀。 纤维状 的聚 苯胺较其它微观形貌具有更大 的比表面积 ， 使得聚
苯 胺 分子 能 与 电解 质溶 液 中的离 子充 分 接 触 ， 从 而 提高 电极材 料 的充放 电性 能 。
２． ３ ＦＴ—Ｉ Ｒ
图 ３是所得 聚苯 胺 的 ｎ’ 一 Ｉ Ｒ图谱 。