席夫碱基导电聚合物的制备及其电化学性能研究

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随着对便携式储能设备的迫切需求,电化学储能装置以电池和超级电容器的形式广泛应用于便携式电子设备和电源系统中。近年来,随着电池和超级电容器的迅速发展,一些超级电容器型电极材料与电池型材料经过耦合形成混合储能系统。影响电化学电容器性能的关键是电极材料,导电聚合物相对于电荷储存受限的碳基材料和价格高昂的金属氧化物,具有高电荷密度的优点,但在长期充放电循环后分子结构会发生坍塌变形。因此,探索具有良好电化学性能和环境友好性的电极材料,以满足当前的能量储备需求是十分必要的。本论文通过对席夫碱基聚合物掺杂不同金属离子和金属化合物,制备电极材料并测定其性能。得到以下研究成果:1.席夫碱基聚合物与不同金属离子掺杂的制备和电化学性能研究。以邻联甲苯胺和对苯二甲醛为反应物一步合成席夫碱聚合物OTTP,同时以类似的合成方法制备不同金属离子掺杂的席夫碱基聚合物(M-OTTPs,M=Co,Ni,Zn)。通过各种表征对样品的形貌结构进行分析,通过CV、GCD和EIS分析了电极材料的电化学性能。金属离子掺杂后OTTP的有机框架受影响,骨架中稳定有序的π-π堆积结构被减弱,基体骨架无序,为电荷储存和电子交换提供丰富的活性位点。在三电极系统中Ni-OTTP在0.5 A/g时比容量为561.8 C/g。Ni-OTTP//AC在能量密度为34.58 Wh/kg时的功率密度可达613.24 W/kg,在10 A/g的高电流密度下经过5,000次GCD循环后其比容量仍保留原始的75.4%。2.席夫碱基聚合物与不同比例二茂铁掺杂的制备和电化学性能研究。用同样方法合成不同比例二茂铁掺杂的席夫碱基聚合物,得到二茂铁掺杂的席夫碱基聚合物Fc X-OTTPs(X=1,0.5,0.2,0.1,0.05)。通过各种表征对样品的形貌结构进行分析,通过CV、GCD和EIS分析了产物的电化学性能。结果表明二茂铁掺杂后,形貌发生明显的变化,基体的表面孔隙增多增大,基体框架中π-π堆积结构被破坏,这就为电解质中离子扩散和可逆氧化还原反应增加了更多的活性位点。在三电极系统中Fc0.1-OTTP在电流密度为0.5 A/g时具有486.2 C/g的高比容量。Fc0.1-OTTP//AC在能量密度为47.84 Wh/kg时的功率密度可达574.08 W/kg,在10 A/g的电流密度下经过10,000次GCD循环后,比容量仍保留原始的85.80%。3.席夫碱基聚合物与不同比例邻菲罗啉铜配合物掺杂的制备和电化学性能研究。用同样方法合成不同比例邻菲罗啉铜配合物的席夫碱基聚合物,得到邻菲罗啉铜配合物掺杂的席夫碱基聚合物[Cu(Phen)Cl2]X-OTTPs(X=1,0.8,0.6,0.4,0.2)。通过各种表征对产物的形貌结构进行分析,通过CV、GCD和EIS分析了电极材料的电化学性能。结果表明邻菲罗啉铜配合物掺杂后形貌产生变化,基体的π-π堆积受影响,为电荷储存与电子交换提供丰富电活性位点。在三电极系统下[Cu(Phen)Cl2]0.4-OTTP在电流密度为0.5 A/g时具有507 C/g的高比容量。[Cu(Phen)Cl2]0.4-OTTP//AC在能量密度为26.16 Wh/kg时的功率密度为276.99 W/kg,在10 A/g的高电流密度下,经过10,000次GCD循环后其比容量仍保留原始的97.13%。
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