聚苯胺是一种典型的导电聚合物,在作为电极材料时,由于其具有优异的赝电容性质而被广泛应用于超级电容器的研究中。通过加入特殊掺杂剂,可以制备出具有特殊形貌的高性能聚苯胺电极材料;将聚苯胺与石墨烯进行复合后,通过强相互作用的构筑,可以有效地提高器件的能量密度;聚苯胺作为电极材料时,其在柔性超级电容器中也能够展现突出的电化学性能。本文介绍了聚苯胺的掺杂机理、导电机理、制备方法及在超级电容器中的应用。围绕聚苯胺,分别从聚苯胺电极自身的形貌设计、在苯胺共聚物和功能化石墨烯之间构筑稳定的相互作用、柔性超级电容器的高效构筑三个方面入手,采用三种方法制备了电化学性能优异的聚苯胺基超级电容器电极材料。首先,在酸性条件下利用2,2`-[(1,1`-联苯)-4,4`-二基二-2,1-乙烯二基]双苯磺酸二钠盐(CBS-X)作为掺杂剂,合成了由末端相连的羽扇形聚苯胺电极材料。利用扫描电子显微镜与透射电子显微镜验证了聚苯胺的该种特殊形貌,通过红外光谱和紫外-可见光谱等技术对材料的结构进行了表征。讨论了聚苯胺特殊形貌的形成机制,深入研究其对聚苯胺电化学性能的影响。结果显示,聚苯胺的羽扇形结构可以明显改善电解质离子的传输作用,并能有效抵御聚合物链在长期充放电循环过程中的体积变化。制备的PANI/CBS-X电极在0.5 A/g的电流密度下具有403.5 F/g的最大比电容,电化学稳定性显著提高。其次,选用4-氨基苯基改性的石墨烯作为苯胺、对苯二胺和三苯胺单体的共聚模板,通过在石墨烯基底和聚合物之间,以及聚合物链和聚合物链之间构建的稳定相互作用,不仅为载流子提供了更大的离域轨道,还可以提高材料在电解液离子渗入与脱出过程中的稳定性。使用X射线光电子能谱等验证了4-氨基苯基在石墨烯表面的修饰及复合材料的成功制备。复合材料电极在5 mV/s的扫速下比电容值达到1701.1 F/g,由该电极材料组装的固态超级电容器拥有50 W/kg的功率密度,并且能够将能量密度提高到15.3 Wh/kg,在5000次电化学循环后显示出94.9%的比电容保持率。以上数据为聚苯胺复合材料在超级电容器的实际应用提供了强有力的数据支撑。最后,在碳布基底上利用电化学聚合方法,通过调整聚合扫速与聚合时间,制备了具有规整形貌的聚苯胺柔性电极,将该电极与溶剂热法制备的二硫化钼电极组装为柔性非对称超级电容器。元素组成确认了两种电极材料的成功制备。聚苯胺电极和二硫化钼电极分别拥有423.4 F/g(5 mV/s)和1538 F/g(5 mV/s)的比电容值,在5000次循环后均可以保有98%以上的比电容。组装后的电容器显示出良好的柔性,在5000个循环后比电容保持率达到85.5%,并且在100 W/kg的功率密度下,能量密度达到了17.2 Wh/kg,有力地证明了聚苯胺在柔性超级电容器中具有较大的应用潜力。