基于石墨烯/W18O49纳米复合材料与聚苯胺组合的电致变色超级电容器研究

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电致变色是指当提供一定的外加电压时,器件能够可逆地改变光学性质的一种现象。利用这种性质,电致变色材料在智能光学显示器和节能智能窗中的应用中受到越来越多的关注。而储能器件在材料组成、器件结构和反应中的动力学原理等方面与电致变色器件有很大的相似之处,因此可设想将超级电容器与电致变色器件结合在一起,制备出一种集储能与变色为一体的新型多功能器件。它可以存储能量,改变其光学特性,其颜色可以直观地实时反映设备的储能情况,即电量可视化。本文主要围绕石墨烯/W18O49纳米复合材料和聚苯胺的电致变色性能及应用展开研究。研究内容如下:一、分别用溶剂热法和H2热解还原法制备了W18O49纳米线和纳米棒,两者相比较,W18O49纳米线具有更好的电致变色性能。通过溶剂热法将氧化石墨烯与W18O49纳米线一步还原成石墨烯/W18O49纳米线(rGO-WNS)复合材料。通过循环伏安曲线(CV)以及电化学阻抗测试发现,由于石墨烯的加入,提高了电子传输能力,增加了电容,所以在电致变色性能上,与单组分W18O49纳米线相比,rGO-WNS薄膜电极的着色时间由10 s缩短至2 s,褪色时间由7 s缩短至4 s。着色效率为52.72 cm-2C-1。且rGO-WNS复合电极在制备电致变色超级电容器上更有优势。二、通过电化学聚合法,制备了聚苯胺(PANI)薄膜,从CV图和充放电曲线图(GCD)中得出制备PANI薄膜的最佳条件,即在0-1.3V的电压下,用50 m V/s的速率循环4次,此时PANI薄膜电化学性能达到最优。三、将rGO-WNS与PANI组装成电致变色超级电容器:这两种材料电化学匹配,电解质溶液相似。rGO-WNS在超级电容器中作为负极,为阴极电致变色材料,充电时着色,放电时褪色;PANI作为正极,为阳极电致变色材料,充电时PANI着色,放电时褪色。通过GCD图可以看出,当电流密度为0.2 m A·cm-2时,器件的面积比电容为13.98 m F·cm-2。在充放电过程中,器件由最初的浅绿色,逐渐变为深绿色,再变成深蓝色,又退回到原先的浅绿色,着色效率为76.37 cm-2·C-1,实现了电量可视化,具有良好的应用前景。
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