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
Ｅ— ｍａ ｉ ｌ ：ｌ ａ ｏ ｎ ｇ ｂ ｉ ｎ ｌ ｕ ＠ｆ ｕ ｄａ ｎ ． ｅ ｄ ｕ． （ ３ １ １
２ ０ ２ ２
高 等 学 校 化 学 学 报
Ｖ ｏ １ ． ３ ４
Ｖａ ｃ ｕ ｕ ｍ ｉ ｆ ｌ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
４ ４ ％ ＣＣ Ｇ ＲＧ０
２１ ０ ５ ８ ４ Ｖ
对 电极 材 料 电化 学 性 能 的 影 响 ， 讨 论 了 优 化 杂 化 电极 的结 构 与 性 能 ．
关键词
石墨烯 ；聚苯胺 ；超级 电容器 ；比电容 ；层次材 料
Ｏ ６ ３ １ 文 献标 志码 Ａ
中 图分 类 号
能源 与环境是 当今人 类发 展 的两大 主题 ．人类 迫切地 需要 一种 可 再生 、 绿 色 清洁 的新 型能 量存 储
陈仲欣 ， 卢红上海 ２ ０ ０ ４ ３ ３ ）
摘要
聚苯胺是一类具有超高 比电容 的导 电高分 子材料 ，利用其 与石墨烯 的协同效应 ，改善各 自的固有缺
点， 可 以制得高 性能 的超级 电容器．本文综述 了石墨烯一 聚苯胺杂化 电极 材料 的制备方 法和石墨烯表面性质
周 知 ，电极材 料是 超级 电容器 的核 心部 件 ，其性 能 的好 坏直 接 决 定 电容 器 性 能 的优 劣．导 电 聚合 物 ，
尤其 是具 有超 高 比电容 的聚苯胺 ， 一直 是高性 能超 级 电容 器 电极 材料 的有 力竞 争 者．将其 与 比表 面积 极 高 、导 电性 能 突出的石 墨烯 复合 ，会 产 生显 著 的 协 同效 应 ，改善 其 固有 缺 点 （ 如 电容量 小 、导 电性
解 液 中 的离 子在赝 电容 器 电极 本体材 料 中扩散速 率较低 ， 赝 电容器 的充 放 电速率 （ 或 功率 密度 ） 远 低于
双 电层 电容 器 ， 这极 大地 限制 了它们 的应用 范 围．
碳基 和导 电聚合 物基 电容器 的表面 电荷分 布如 图 １ 所示 ． 由于 在充放 电过 程 中没 有 发 生相 变 等 结 构 变化 ，导 电聚 合 物 的充 放 电行 为具 有 高 度 可 逆性 ．然
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高 等 学 校 化 学 学 报
ＣＨＥＭＩ ＣＡＬ Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ Ｃ ＨＩ ＮＥＳ Ｅ ＵＮＩ ＶＥＲＳ Ｉ ＴＩ ＥＳ
Ｎｏ． ９
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［ 综合评述 ］
石 墨烯 一 聚 苯 胺 杂 化 超 级 电 容 器 电极 材 料
差、 循 环寿命 短 、 形 态控 制 困难 ） ． 本文 将对 石墨烯 一 聚 苯胺杂 化 电极 材料 的最新 研 究进 展 进行 综 述 ， 并 对 如何 优 化 电极 的结 构 与性 能 进行讨 论 ．
１ 导 电聚 合 物基 超 级 电容器
本征 导 电聚合 物 （ Ｉ Ｃ Ｐ ｓ ） 是一类 主链 上具 有共 轭体 系 ， 可通过 掺杂 而 导 电的 聚合物 ．因其 具有 成本 低、 环 境友 好 、 掺 杂态 电导率 高 、电压窗 口宽 、 高存 储容 量 和孔 隙率 、 可逆 性好 以及 电化 学活性 可调 节 等诸 多优点 ， 导 电聚合 物可用 于制 备高性 能 超 级 电容 器 电极 。 ．聚 苯胺 （ Ｐ Ａ Ｎ Ｉ ） 、聚 吡咯 （ Ｐ Ｐ ｙ ） 、聚 噻 吩（ Ｐ Ｔ Ｈ） 及 其衍 生物是 用 于超 级 电容器 的 ３类导 电聚合物 ．其 中 ，聚苯胺 因其优 异 的性 能得 到 了人