聚吡咯复合材料的制备及其石墨烯气凝胶的电化学性能研究

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作为一种典型的导电高分子,聚吡咯(Polypyrrole,PPy)具有合成工艺简单、成本低廉、电导率和电化学性能良好等特点。本论文通过简单的化学氧化法,制备了磺化单宁酸掺杂的聚吡咯电极材料,研究了不同含量的掺杂剂(磺化单宁酸)对其电化学性能的影响。在上面的体系中,进一步引入氧化石墨烯进行原位复合,制备了磺化单宁酸/聚吡咯/氧化石墨烯三元复合材料。采用红外、扫描电镜、热重分析、拉曼等测试手段,研究其形貌结构以及热稳定性的特性。并对其进行了电化学测试,研究掺杂剂用量对电化学性能的影响。主要研究结果如下:(1)磺化单宁酸掺杂聚吡咯材料的制备。磺化单宁酸作为掺杂剂,能够改善其电子传输能力。改变磺化单宁酸的投入量制备不同比例的电极材料,通过一系列测试得出,当磺化单宁酸的投入量为0.05 g时,材料的形貌最均匀规整,热稳定性好且电容性能最高,在1 A/g的电流密度下,电容量可达到343.7 F/g,要明显高于其他比例掺杂的聚吡咯。(2)磺化单宁酸/聚吡咯/氧化石墨烯复合材料的制备。磺化单宁酸作为掺杂剂,吡咯在氧化石墨烯上进行原位聚合。通过改变氧化石墨烯的投入量,制备出不同比例的电极材料。通过一系列的表征表明,氧化石墨烯的加入能够改善体系热稳定性和循环稳定性。通过电化学测试可以得到,1 A/g的电流密度下,电容量最高达到282.5 F/g。电极材料虽然电容有所降低,倍率性能和循环寿命得到了提高,经过3000次充放电循环稳定性保留率为79%。(3)氧化石墨烯-单宁酸气凝胶的制备。通过水热法制备出氧化石墨烯气凝胶,单宁酸作为活性剂,通过改变单宁酸的投入量,研究添加活性剂对气凝胶网状结构的影响。通过拉曼、XRD等测试,研究单宁酸的添加对氧化石墨烯还原的影响。通过电化学性能的测试,得到在1 A/g的电流密度下,比电容量可到288.4F/g。组装成器件能量密度可达到50.6 Wh/Kg。
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