超級電容器具有功率密度高、循環(huán)壽命長、充放電速率快等特點,在能量儲存方面已引起廣泛關(guān)注。超級電容器的電極材料種類繁多,主要包括碳質(zhì)材料、金屬氧化物和導(dǎo)電聚合物。在金屬氧化物中,二氧化錳（MnO₂）由于合成簡單、資源豐富、無毒、循環(huán)穩(wěn)定性好、比表面積大、環(huán)境友好且擁有較高的理論比電容等優(yōu)勢而備受青睞。然而,在酸性電解液中的分解以及其本身導(dǎo)電性差的缺陷嚴重限制了它在超級電容器方面的應(yīng)用。因此,將MnO₂與電導(dǎo)率高、氧化還原可逆性好的聚苯胺（PANI）復(fù)合則可以有效克服MnO₂的缺陷。在PANI保護MnO₂的同時,MnO₂又可以為PANI提供支撐,限制其體積膨脹和收縮,從而提高電極材料的循環(huán)穩(wěn)定性。因此,本文將兩種材料復(fù)合以制備出既能夠充分利用各材料優(yōu)勢,又能克服單一材料缺陷的復(fù)合材料。在眾多制備方法中,氧化還原法是常用的方法,在實驗室和工業(yè)上都比較容易實現(xiàn)。但此法制備出的樣品由于產(chǎn)物粒子相互間的靜電作用以及產(chǎn)物凝膠中非架橋羥基的存在,大量的產(chǎn)物粒子極易堆積在一起,發(fā)生團聚現(xiàn)象,喪失... 

【文章來源】：內(nèi)蒙古科技大學內(nèi)蒙古自治區(qū)

【文章頁數(shù)】：54 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

超級電容器結(jié)構(gòu)

內(nèi)蒙古科技大學碩士學位論文-7-具有較高的工作電壓、重量較輕、抗腐蝕性好、電子傳輸能力較好、可塑性好，易于加工、成本低廉及對環(huán)境友好等特點，因此具有很大的研究價值和作為超級電容器電級材料的應(yīng)用前景。導(dǎo)電聚合物在儲能時發(fā)生可逆的氧化還原反應(yīng)。發(fā)生氧化過程時，離子嵌入到聚合物骨鏈中；發(fā)生還原過程時，離子再脫離骨鏈回到電解液中。這個氧化還原過程發(fā)生在導(dǎo)電聚合物的整體內(nèi)，所以具有更高的比容量。目前研究比較多的導(dǎo)電聚合物有：聚吡咯（PPy）、聚噻吩（PTh）、聚苯胺（PANI）、聚對苯（PPP）、聚乙烯二茂鐵（PVF）及其衍生物等[62]。導(dǎo)電聚合物的缺點是電阻較大、循環(huán)穩(wěn)定性低。目前研究的重點是將導(dǎo)電聚合物與其他的材料進行復(fù)合，來降低導(dǎo)電聚合物的電阻、提高循環(huán)穩(wěn)定性和充放電性能，如碳材料或金屬氧化物材料。1.3二氧化錳電極材料的研究現(xiàn)狀1.3.1二氧化錳的晶型結(jié)構(gòu)與性能圖1.2二氧化錳的骨架結(jié)構(gòu)二氧化錳的基本骨架為緊密堆積的立方八面體，根據(jù)[MnO6]與氧原子以配位鍵的形式形成的。其中氧原子位于八面體的八個頂角上，而錳原子在八面體的體心位置，在八面體中共棱連接形成單鏈、雙鏈和多鏈等結(jié)構(gòu)，不同鏈之間再通過共頂點形成有空隙的隧道結(jié)構(gòu)，由于[MnO6]八面體的堆積方式不同，同時錳的價態(tài)較多，因此二氧化錳的晶體結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜而且晶型種類繁多。其結(jié)構(gòu)如圖1.2所示。根據(jù)二氧化錳中[MnO6]八面體連結(jié)方式不同，二氧化錳結(jié)構(gòu)分為三大類：一是鏈狀或隧道結(jié)構(gòu)，如α、β、γ等晶型；二是片狀或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)，如δ型；三是三維立體結(jié)構(gòu)，如λ型[63～66]。

內(nèi)蒙古科技大學碩士學位論文-12-產(chǎn)率高，電導(dǎo)率高，化學穩(wěn)定性好，合成工藝簡單，電化學性能優(yōu)異，電荷儲存能力強等優(yōu)點，是聚合物中最受歡迎的應(yīng)用優(yōu)勢。聚苯胺的結(jié)構(gòu)研究由來已久，從Willstatter和Green研究小組開始，對麥克德爾米德的可能性結(jié)構(gòu)進行了不斷的實驗探索和修正，并于1987年正式提出了苯醌結(jié)構(gòu)的聚苯胺模型。如圖1.3所示。圖1.3聚苯胺的結(jié)構(gòu)模型不同的y值表達出聚苯胺的不同態(tài)結(jié)構(gòu)，如圖1.4所示。在y取值為0或0.5或1時，所得到的聚苯胺都是絕緣體，但可以通過摻雜質(zhì)子酸來使聚苯胺（0<y<1）轉(zhuǎn)變成導(dǎo)體，其中本征態(tài)摻雜的電導(dǎo)率最大。圖1.4聚苯胺的不同態(tài)結(jié)構(gòu)與固有導(dǎo)電聚合物、金屬或半導(dǎo)體相比，聚苯胺只有進行摻雜才可導(dǎo)電，其摻雜方式有碘摻雜、質(zhì)子酸摻雜、光助氧化摻雜和離子注入摻雜，而聚苯胺的結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定了將采取哪種摻雜方式。如圖1.5。這四種摻雜方式中，離子注入摻雜屬于n型摻雜，其余都是p型摻雜，對于質(zhì)子酸摻雜，只有本征態(tài)聚苯胺即翠綠亞胺在摻雜后以極化子為載流子來導(dǎo)電。

【參考文獻】：
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[3]碳納米管和金屬氫氧化物用作超級電容器電極材料的研究[D]. 劉麗霞.南華大學 2013
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本文編號：3621510