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聚吡咯/杂多酸电化学电容器电极材料的制备与性能研究

作　者: 邢燕
导　师: 许林
学　校: 东北师范大学
专　业: 无机化学
关键词: 电化学电容器多金属氧酸盐聚吡咯多壁碳纳米管电化学聚合化学氧化聚合
分类号: TM53
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

导电聚合物与多金属氧酸盐结合在一起形成的有机-无机杂化材料是一种新颖的电化学电容器电极材料。在本论文中,我们分别采用化学氧化聚合法和电化学聚合法制备了聚吡咯/多金属氧酸盐杂化材料,并通过循环伏安、恒流充放电等测试手段对电极材料的电化学性质和电容性质进行了研究。采用电化学聚合法(循环伏安技术)在石墨板上制备了PPy/P2Mo18电化学电容器电极材料,并探讨了制备PPy/P2Mo18电极的扫速及P2Mo18溶液的浓度。在电压范围为0.7～–0.1 V,电沉积时的扫速为5 mV/s,P2Mo18溶液的浓度为0.030 mol/L的实验条件下制备的PPy/P2Mo18电极的比容量较高。通过红外光谱及循环伏安对在最佳实验条件下制备的PPy/P2Mo18电极进行了表征,并通过恒流充放电及电化学阻抗研究了该电极的电容性质和电化学性质。采用化学氧化聚合法制备了PPy/PMo12及PPy/PW6Mo6电化学电容器电极材料,并通过循环伏安、恒流充放电及循环寿命测试对这两种电极材料的电化学性质和电容性质进行了比较研究。根据恒流充放电曲线计算出基于PPy/PW6Mo6杂化材料的电化学电容器具有较高的比容量值和较好的循环稳定性。因此,PPy/PW6Mo6杂化材料更适合于用作电化学电容器电极材料。制备了PPy/P2Mo18、MWNTs和PPy/P2Mo18-MWNTs电化学电容器电极材料,并通过循环伏安和恒流充放电对这几种材料的电化学性质和电容性质进行了比较研究。通过恒流充放电曲线计算出PPy/P2Mo18-MWNTs复合物的比容量值比单纯MWNTs或PPy/P2Mo18杂化材料的比容量值较高,这主要是双电层电容与法拉第赝电容相结合的结果。此外,我们研究了复合材料中碳纳米管的含量(25%、33%、50%)对比容量的影响,研究结果表明当复合材料中MWNTs的含量为25%时,其比容量值较高。

全文目录

中文摘要  4-5
英文摘要  5-10
第一章绪论  10-25
  1.1 电化学电容器简介  10-16
    1.1.1 电化学电容器的发展概况  10-11
    1.1.2 电化学电容器的原理  11-12
      1.1.2.1 双电层电容  11-12
      1.1.2.2 法拉第赝电容  12
    1.1.3 电化学电容器的分类  12-13
    1.1.4 电化学电容器的应用  13-14
      1.1.4.1 在电动汽车中的应用  14
      1.1.4.2 在军事、航空航天领域中的应用  14
      1.1.4.3 在太阳能发电和风力发电系统中的应用  14
      1.1.4.4 在移动通信中的应用  14
      1.1.4.5 在其它方面的应用  14
    1.1.5 电化学电容器的性能测试方法  14-16
      1.1.5.1 循环伏安测试  14-15
      1.1.5.2 恒流充放电测试  15-16
      1.1.5.3 交流阻抗测试  16
  1.2 多金属氧酸盐概述  16-18
    1.2.1 多金属氧酸盐的发展简史  16-17
    1.2.2 多金属氧酸盐的结构  17
    1.2.3 多金属氧酸盐的性质  17-18
  1.3 聚吡咯简述  18-21
    1.3.1 聚吡咯的结构  18
    1.3.2 聚吡咯的掺杂机理  18-19
      1.3.2.1 氧化还原掺杂机理  18
      1.3.2.2 质子酸掺杂机理  18-19
    1.3.3 聚吡咯的合成方法  19-20
      1.3.3.1 化学氧化聚合法  19
      1.3.3.2 电化学聚合法  19-20
    1.3.4 聚吡咯的合成机理  20-21
    1.3.5 聚吡咯基电化学电容器的研究  21
  1.4 碳纳米管简述  21-23
    1.4.1 碳纳米管的结构及特性  22
    1.4.2 碳纳米管基电化学电容器的研究  22-23
  1.5 多金属氧酸盐在电化学电容器领域中的研究状况  23-24
  1.6 论文选题依据  24-25
第二章聚吡咯/Dawson 型杂多酸电化学电容器电极材料的制备与性能研究  25-34
  2.1 前言  25-26
  2.2 实验部分  26-27
    2.2.1 实验仪器  26
    2.2.2 实验药品  26
    2.2.3 吡咯的提纯与保存  26
    2.2.4 杂多酸的合成与表征  26
    2.2.5 PPy/P_2Mo_(18) 电极的制备  26-27
    2.2.6 PPy/P_2Mo_(18) 电极的测试  27
  2.3 结果与讨论  27-33
    2.3.1 制备PPy/P_2Mo_(18) 电极实验条件的探索  27-28
    2.3.2 红外光谱  28-29
    2.3.3 循环伏安测试  29-30
    2.3.4 电化学阻抗测试  30-31
    2.3.5 恒流充放电测试  31-32
    2.3.6 循环性能测试  32-33
  2.4 小结  33-34
第三章不同杂多酸掺杂的聚吡咯电化学电容器电极材料的制备与性能研究  34-42
  3.1 前言  34
  3.2 实验部分  34-36
    3.2.1 实验仪器  34
    3.2.2 实验药品  34-35
    3.2.3 原料及电极材料的制备  35
      3.2.3.1 吡咯的提纯与保存  35
      3.2.3.2 杂多酸的合成与表征  35
      3.2.3.3 PPy/PMo_(12) 及PPy/PW_6Mo_6 杂化材料的制备  35
    3.2.4 电极片的制备  35
    3.2.5 隔膜的处理  35-36
    3.2.6 电容器的组装  36
    3.2.7 测试与表征  36
  3.3 结果与讨论  36-41
    3.3.1 循环伏安测试  36-38
    3.3.2 恒流充放电测试  38-40
    3.3.3 循环稳定性测试  40-41
  3.4 小结  41-42
第四章 PPy/P_2Mo_(18)-MWNTs 复合电化学电容器电极材料的制备与性能研究  42-52
  4.1 前言  42-43
  4.2 实验部分  43-45
    4.2.1 实验仪器  43
    4.2.2 实验药品  43
    4.2.3 原料及电极材料的制备  43-44
      4.2.3.1 吡咯的提纯与保存  43
      4.2.3.2 杂多酸的合成与表征  43
      4.2.3.3 碳纳米管的处理  43-44
      4.2.3.4 PPy/P_2Mo_(18) 杂化材料的制备  44
      4.2.3.5 PPy/P_2Mo_(18)-MWNTs 复合材料的制备  44
    4.2.4 电极片的制备  44
    4.2.5 隔膜的处理  44
    4.2.6 电容器的组装  44-45
    4.2.7 测试与表征  45
  4.3 结果与讨论  45-51
    4.3.1 红外光谱  45-46
    4.3.2 循环伏安测试  46-48
    4.3.3 恒流充放电测试  48-51
  4.4 小结  51-52
结论  52-53
参考文献  53-58
致谢  58-59
在学期间公开发表论文及著作情况  59

聚吡咯/杂多酸电化学电容器电极材料的制备与性能研究

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