蒽醌聚合物的制备及其电化学性能研究

来源 :武汉理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:majiguo1984
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聚合物电池的电极活性物质是由能够发生氧化还原反应的聚合物组成,它的原料来源丰富,具有安全无毒、绿色环保、能量密度高等优点。聚合物电池的氧化还原反应机理是通过活性聚合物与电解液中的离子发生电子的自交换反应来完成,反应过程较为迅速。本文采用化学氧化法合成了具有低电势聚1,5-蒽醌(P15AQ),并以原位合成的P15AQ/CNTs复合物作为负极材料,研究了其电化学性能。根据全电池正负极电势匹配原则,合成了具有高电势聚三苯胺衍生物PTPA-PO、PTPA-PO/CNTs复合物。以低电势的P15AQ/CNTs为负极材料、高电势的PTPA-PO/CNTs为正极材料,用LiPF6(EC/DMC,v/v,1:1)作为电解液,以及PMMA-LiPF6为凝胶电解质,制备了全聚合物电池,为新一代储能器件的研制提供了新技术与新方法。(1)采用原位聚合的方法合成了P15AQ/CNTs复合物,探究了复合物结构与性能的关系。以复合物P15AQ/CNTs为电极材料的半电池中,P15AQ和CNT的质量比为6:2时,该电池的首次放电比容量达241.7 mAh g-1,约为理论比容量的92.9%。经过100次充放电循环后,放电比容量为202.5 mA h g-1,为初始容量的83.7%。在500 mA g-1的大电流密度下,其放电比容量为152.3 mAh g-1,具有优异的倍率性能。(2)根据全电池正负极电势匹配原则,通过化学氧化法制备了自由基聚合物PTPA-PO,并原位合成了PTPA-PO/CNTs复合物,制备了基于P15AQ/CNTs负极和PTPA-PO/CNTs正极的全电池,用LiPF6(EC/DMC,v/v,1:1)作为电解液,在电流密度为20 mA g-1的条件下,其首次放电比容量为97.6 mAh g-1。100次充放电循环后,全电池的放电比容量为81.1 mAh g-1,容量保持率为83.1%。当电流密度为500 mA g-1时,能够保持61.4 mAh g-1的放电比容量,具有优异的倍率性能。(3)用甲基丙烯酸甲酯(MMA)作为单体,LiPF6(EC/DMC,v/v,1:1)作为电解液,安息香二甲醚(DMPA)作为光引发剂,在紫外光的照射引发下聚合,制备了PMMA-LiPF6凝胶电解质。基于制备的凝胶电解质,以P15AQ/CNTs为负极材料,以PTPA-PO/CNTs为正极材料,组装了全固态电池。在电流密度为20 mA g-1,电压范围为0.5-2.8 V的条件下,全电池的初始放电比容量为87.6 mAh g-1。100次充放电循环之后,放电比容量为70.1 mAh g-1,约为初始比容量的80%,表现出良好的循环稳定性。
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