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伴随着气候变化和化石燃料的不断减少,能量储存装置的发展已经变得比以往都更加重要。超级电容器作为新型储能装置,因具有使用寿命长、功率密度高和绿色环保等优点而备受研究者关注。三维石墨烯具有高导电性、高比表面积和丰富的孔洞结构,用作超级电容器电极材料可以实现良好的倍率性能和循环稳定性,但比电容和能量密度较低。聚苯胺因其具有快速掺杂/脱掺杂、合成简单和成本低等特点而得到广泛应用。本文制作三维石墨烯/聚苯胺复合材料超级电容器,从电极材料、电解质种类和器件结构三方面入手研究,来提高电容器的比电容和电压窗口,增加能量密度的同时保留其良好的倍率性能和循环稳定性。主要研究内容如下:1.使用原位聚合法在三维石墨烯(GH)表面生长盐酸掺杂聚苯胺(PANI-HCl),得到三维石墨烯/盐酸掺杂聚苯胺复合物(GP-HCl),通过调节苯胺和过硫酸铵的浓度控制复合物中PANI-HCl的质量分数,探讨PANI-HCl含量对GP-HCl的电化学性能的影响。当PANI-HCl含量为10%时,GP-HCl的电化学性能最优。2.使用GH作为基底,采用HCl、H2SO4和HC1O4作为掺杂酸分别制备GP-HCl、GP-H2SO4和GP-HC1O4。从表面结构、孔径分布、结晶度等方面,探讨三种掺杂酸对PANI电化学性能的影响。其中,GP-H2SO4的比电容和最大能量密度都是最大的。3.采用Na2S04电解液组成对称超级电容器(GH//GH),电压窗口可扩大至1.6V。与H2SO4电解液相比,Na2S04电解液组成的GH//GH超级电容器电压窗口为1.6 V时,比电容虽然略有降低,但最大能量密度得到提升。4.采用CuCl2和FeCl3活性电解质与电极GH和GP-HCl组成四种超级电容器(GH@CuC12、GP-HCl@CuC12、GH@FeCl3 和 GP-HCl@FeCl3),研究活性电解质对超级电容器电化学性能的影响。与纯H2SO4电解液相比,活性电解质的比电容都有所提高。CuCl2电解质的超级电容器电压窗口为0.7V,比FeCl3电解质的小。FeCl3电解质对超级电容器电化学性能的影响更大。5.利用GP-Vc和GH分别作为正、负电极组成非对称超级电容器GP//GH,与GH和GP组成两种对称超级电容器GH//GH和GP//GP比较。非对称超级电容器在保证电化学性能的前提下,可以达到1.6 V的电压。非对称超级电容器的最大能量密度高于对称超级电容器的能量密度。