聚苯胺／碳復(fù)合材料在混合型電容器中的應(yīng)用

　　根據(jù)結(jié)構(gòu)及電極反應(yīng)的不同，超級(jí)電容器可分為對(duì)稱型電容器和非對(duì)稱型電容器。非對(duì)稱型電容器，又叫混合型電容器，這種電容器的正負(fù)極材料不同或者電極反應(yīng)不同?；旌闲碗娙萜鞯男阅鼙憩F(xiàn)更接近于蓄電池，與傳統(tǒng)的對(duì)稱型電容器相比，具有更高的比容量和比能量。同時(shí)這類電容器又有著超級(jí)電容器的諸多優(yōu)點(diǎn)，如比功率大，循環(huán)壽命長(zhǎng)，工作溫度范圍廣，免維護(hù)等，因此在移動(dòng)通訊，信息技術(shù)，交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

　　導(dǎo)電聚苯胺(PANI)材料利用質(zhì)子在聚合物鏈上的摻雜/去摻雜反應(yīng)儲(chǔ)存電荷和能量。聚苯胺作為超級(jí)電容器電極材料的研究吸引了大量學(xué)者[1-3]，因?yàn)樗粌H性能優(yōu)異，且合成方法簡(jiǎn)單，原料價(jià)廉易得，化學(xué)和環(huán)境穩(wěn)定性好。聚苯胺材料的比容量可達(dá)700 F/g左右，因此有研究者在碳電極表面電化學(xué)沉積聚苯胺薄膜，希望借此提高電極整體性能，但這種方法只能制備出聚苯胺含量較小的復(fù)合電極，比容量提高程度有限。有學(xué)者[4]采用原位聚合法在碳納米管表面包覆聚苯胺，研究了復(fù)合材料的電容性能，但碳納米管價(jià)格昂貴，不利于實(shí)際應(yīng)用。

　　我們采用化學(xué)氧化法使苯胺在高比表面積活性炭表面原位聚合，制備了聚苯胺質(zhì)量含量較高的聚苯胺/活性炭復(fù)合材料(PANI/C)，提高了聚苯胺的含量。并以PANI/C為正極材料，活性炭為負(fù)極材料，1 mol/L H2SO4溶液為電解液組裝了聚苯胺復(fù)合材料混合型電容器，測(cè)試表明該混合型電容器性能良好。

　　1實(shí)驗(yàn)

　　1.1主要實(shí)驗(yàn)原料

　　苯胺：分析純，使用前在氮?dú)鈿夥障聹p壓蒸餾。過(guò)硫酸銨：分析純。以上二者均來(lái)白天津市科密歐化學(xué)試劑研究中心。鹽酸，硫酸：分析純，哈爾濱市化工試劑廠?；钚蕴抠?gòu)自福

　　州益環(huán)碳素有限公司。乙炔黑產(chǎn)自日本。實(shí)驗(yàn)用水均為二次蒸餾水。

　　1.2 聚苯胺/活性炭復(fù)合材料的制備及組成計(jì)算

　　將質(zhì)量比1：1的苯胺和活性炭加入一定量1 mol/L的鹽酸溶液中，超聲震蕩30 min以上使苯胺在活性炭表面均勻吸附。在不斷攪拌的同時(shí)向此懸濁液通人氮?dú)?0 min以除去

　　溶液中溶解的氧氣，然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下將過(guò)硫酸銨的鹽酸溶液緩慢滴人，于20℃下反應(yīng)6 h。將反應(yīng)產(chǎn)物抽濾洗滌，用0.1 mol/L鹽酸溶液和丙酮交替洗滌至濾液無(wú)色，然后用蒸餾水沖洗至pH=7。濾餅在60℃下真空干燥12 h后，在瑪瑙研缽中研磨，得到聚苯胺/活性炭復(fù)合材料(PANI/C)。

　　PANI/C中PANI的質(zhì)量分?jǐn)?shù)及PANI的產(chǎn)率按文獻(xiàn)[5]的方法計(jì)算：

　　S=(m1-m2)/m1 (1)

　　P=(m1-m2)/m3 (2)

　　式中：S為PANI的質(zhì)量分?jǐn)?shù);P為復(fù)合材料中PANI的產(chǎn)率;m1為制得的復(fù)合材料的質(zhì)量;m2為加入的活性炭的質(zhì)量;m3為加入的苯胺的質(zhì)量。按公式(1)計(jì)算出復(fù)合材料中PANI的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為46.4%。按公式(2)計(jì)算出PANI的產(chǎn)率為86.7%，略高于本實(shí)驗(yàn)室在相同條件下制備純PANI的產(chǎn)率，與文獻(xiàn)[5]中的情況一致。

　　1.3 電極的制作及電容器的組裝

　　將PANI/C與乙炔黑按質(zhì)量比85：10混合，用無(wú)水乙醇分散，在攪拌下緩慢加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%的聚四氟乙烯乳液，在80℃恒溫水浴中加熱破乳，調(diào)制成漿料，聚四氟乙烯在混合物中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%。待漿料達(dá)到一定粘度后，在輥軋機(jī)上將其軋制成膜。裁出1 cm