MEMS超级电容器膜电极材料的表面改性

为了改善MEMS超级电容器膜电极的致密性,通过在聚吡咯(PPy)中引入苯磺酸钠(BSNa)和氧化石墨烯(GO)表面改性功能薄膜,实现聚吡咯薄膜在MEMS超级电容器三维微结构上的均匀沉积.借助扫描电镜(SEM)、循环伏安测试(CV)、交流阻抗谱测试(EIS)、恒流充放电测试(CP)等手段对表面改性后的样品进行电化学性能测试.结果表明:当吡咯单体(Py)与BSNa摩尔比为1∶2,GO含量为0.4%时,在-0.4~1.0 V电压范围内,以100 m V/s速率扫描56圈,PPy薄膜的致密性最佳;表面改性可以在很大程度上减轻PPy颗粒的团聚,使得聚合后的PPy分子链排布紧密,形成了规整的网状立体结构;在放电电流为2 m A时,比容量可以达到13.3 m F/cm2,MEMS超级电容器的电化学性能得到改善.     

冷冻界面聚合法制备聚吡咯@UIO-66复合织物电极及其电化学性能研究

通过原位溶剂热反应将锆-金属有机框架(UIO-66)沉积在棉布上,并采用冷冻界面聚合法聚合聚吡咯(PPy)从而获得PPy@UIO-66@棉复合织物电极材料。通过扫描电镜、红外光谱、循环伏安、恒电流充放电、交流阻抗等手段对该复合织物电极的形貌结构和性能进行了表征。结果表明：利用该织物电极组装的超级电容器在电流密度为1.6mA/cm²条件下面积比电容为3888mF/cm²(相应的质量比容量为410.4F/g),经过1000个充放电循环后比电容保持率为73%。     

聚吡咯/石墨烯复合导电材料的制备及性能表征

利用电化学合成和化学还原方法制备了超级电容器用聚吡咯/石墨烯(PPy/GNs)复合电极材料,分别对比了恒电流和脉冲电流条件下石墨烯对电极材料电化学性能的影响,断口形貌及电性能测试结果表明,石墨烯因其良好的导电性能可有效提高电极的比容量,与聚吡咯(PPy)相比,恒电流制备的PPy/GNs(DC-PPy/GNs)电极比容量提高了13.5%。另外发现,脉冲电流制备的PPy/GNs(PC-PPy/GNs)超级电容器具有更大的比容量和更好的循环稳定性。导通时间为100ms时,PC-PPy/GNs复合电极材料在100mV/s的扫描速率下比容量可达280F/g。     

聚苯胺/聚吡咯复合薄膜电极的制备及其超电容和耐腐蚀性

在聚苯胺(PANI)和聚吡咯(PPy)的相应单体溶液中,采用循环伏安法(CV)在不锈钢基体(SS)上分层聚合制备了具有聚苯胺/聚吡咯复合薄膜(PANI/PPy/SS)的电极材料。用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)对其结构进行了表征。在0.5mol/L H2SO4中,对PANI/PPy/SS电极材料进行了循环伏安法、恒流充放电、交流阻抗谱(EIS)等电化学性能测试,并用塔菲尔曲线(Tafel)研究了其耐腐蚀性能。结果表明,当电流密度为5mA/cm2时,PANI/PPy/SS电极材料比电容达747.5F/g,且复合膜的腐蚀电位相对于单纯的PANI、PPy薄膜分别正移了0.064V、0.117V,表现出较好的耐腐蚀性,是一种应用前景很好的超级电容器材料。     

片状聚吡咯/氧化石墨烯复合材料的制备及电化学性能

通过原位聚合在低温条件下(-10℃)制备具有片状微结构的聚吡咯(PPy)/氧化石墨烯(GO)复合材料,利用傅里叶红外光谱仪(FT-IR),扫描电子显微镜(SEM)对复合材料进行结构表征的基础上,利用循环伏安(CV)、恒流充放电(GC)、电化学阻抗技术(EIS)测试复合材料的电化学性能。FT-IR结果表明复合材料中GO与PPy存在相互作用;SEM结果表明复合材料显示为亚微米片状结构形貌;CV、GC、EIS电化学分析表明,与纯聚吡咯及氧化石墨烯相比,复合材料显示出优越的电容特性。当电流密度保持在1 A/g时,复合材料的比电容可达319 F/g,比GO(9 F/g)和PPy(167 F/g)的比电容都要高,该复合材料可用作潜在的超级电容器电极材料。     

含不同比例水有机聚合液中制备的聚吡咯电极的电化学性能研究

在0.1mol/LPy+0.1mol/LLiClO4的碳酸丙烯酯溶液(PC)中添加不同比例的水(0、1%、2%、3%、4%(体积分数)),通过电化学恒电流法在Pt微电极上制备了聚吡咯(PPy)电极。采用循环伏安、交流阻抗、恒电流充放电及扫描电镜(SEM)等方法对不同含水比例聚合液中得到的PPy进行电化学测试及形貌分析。结果表明,聚合溶液中水的添加能够降低聚合电势,改善聚吡咯电极的电化学性能,含水比例1%条件下得到的PPy电极性能相对最好,表现出良好的反应可逆性,循环稳定性,较高的充放电效率。     

聚吡咯/纳米二氧化钛的制备及电化学性能

采用化学原位聚合的方法制备了聚吡咯/二氧化钛(PPy/TiO_2)复合物,其中聚吡咯和二氧化钛的质量比分别为1∶1、2∶1、3∶1、4∶1,将其作为电化学超级电容器的电极材料,采用扫描电子显微镜和X射线衍射仪研究了PPy/TiO_2的形貌和相组成,通过电化学测试研究了PPy/TiO_2的电化学性能.结果表明:TiO_2均匀地包覆在PPy基体中,PPy/TiO_2的电化学性能明显优于纯PPy;当PPy与TiO_2的质量比为3∶1时复合材料的电化学性能最佳,即在2 A/g充放电电流密度下,其比电容达到了255.68 F/g,比纯PPy提高了2倍左右;在1 A/g充放电电流密度下,循环充放电1 000圈之后PPy/TiO_2的比电容保持率为87.2%,纯PPy的比电容保持率仅为46.9%.     

聚合时间对Ag/PPy超级电容器的电化学性能影响

采用电化学技术制备出了银(Ag)/聚吡咯(PPy)(Ag/PPy)作为电容器的电极材料。采用元素分析、充、放电曲线、循环伏安法和SEM等技术研究了聚合膜的表面形貌、元素组成和电容性能。结果表明,氯元素以ClO_4~-的形式成功的掺杂到PPy聚合链中。比较了所制备的3种Ag/PPy超级电容器的质量比电容和能量密度的变化,结果发现,当充、放电电流密度为0.001A/cm~2时,Ag/PPy(10th)的充放电时间最长,说明其储电能力最好;当其增大到0.003A/cm~2时,Ag/PPy(3rd)、Ag/PPy(1st)质量比电容分别下降了24.5%和43.3%。测试了该物质在0.2mol/L H_2SO_4的循环伏安曲线,发现Ag/PPy(10th)膜氧化还原电流最大,说明Ag/PPy(10th)容纳电荷的能力最强,电化学性能最好。     

界面法制备三维网状PPy-PEDOT共聚物膜及电容性能

制备具有多电子传输与多孔有序的结构电极是电化学储能技术创新发展的两个重要策略。本工作采用一种界面电化学聚合新法合成聚吡咯-聚3,4-乙撑二氧噻吩(PPy-PEDOT)共聚物薄膜材料。采用FTIR,XPS,EDX,SEM与电化学充放电测试对PPy-PEDOT共聚物膜的化学组成、分布、微观形貌及电容性能进行表征与测试。结果表明:PPy-PEDOT共聚物膜由PPy与PEDOT按一定比例组成,且分布均匀;SEM测试表明共聚物膜具有正反两面各异的特殊形貌,且有机相一侧呈三维网状多孔层状结构。电化学充放电测试表明,PPy-PEDOT共聚物膜表现出优异的超级电容器电极材料的特性,具有较高的比电容,较快的充放电速率与较好的循环稳定性。PPy与PEDOT共聚后实现二者性能互补,提高了共聚物膜的导电性,电荷迁移速率及稳定性,同时三维网状多孔层状结构也有助于充放电过程中电子离子的迁移,使得共聚物膜的储能性能显著提高。     

RuO2/聚吡咯复合电极的制备及性能

通过热分解法及电化学聚合法的复合工艺制备了RuO2/聚吡咯(PPy)电极材料。使用涂覆热分解法于260℃热处理3h制备得RuO2薄膜,通过电化学聚合法把PPy粒子沉积在RuO2薄膜上。XRD表明该复合物为非晶相;红外光谱测试揭示了相对应离子结合在复合物中;SEM揭示了PPy粒子的增长规律。循环伏安及恒流充放电测试了该复合电极的电化学性能。沉积时间<25min时,复合电极的电容量与沉积时间呈递增关系;沉积时间>25min时,复合电极的电容量与沉积时间呈递减关系。复合电极的比电容则随沉积时间的增加而减小。沉积时间为25min时,其比电容为471F/g。RuO2/PPy电极循环稳定性较好。     

PPy/MWNTs/GO复合材料的制备与电化学性能研究

以吡咯为单体,多壁碳纳米管和氧化石墨烯为模板,过硫酸铵为氧化剂,采用原位化学聚合法制备了聚吡咯/多壁碳纳米管/氧化石墨烯(PPy/MWNTs/GO)复合材料.利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射谱(XRD)、扫描电镜(SEM)、循环伏安法(CV)和电化学交流阻抗谱(EIS)对制备复合材料的结构、微观形貌和电化学性能进行了研究,探讨了多壁碳纳米管/氧化石墨烯比例、吡咯用量对复合材料电容性能的影响.研究结果显示,PPy/MWNTs/GO复合材料具有较大的比电容和良好的循环稳定性,且具有较小的电荷转移电阻,接近于理想的超级电容器用电极材料.     

基于聚吡咯/氧化石墨烯电极的MEMS微电容的性能研究

MEMS微电容具有高比容量、高储能密度和抗高过载等特点,在微电源系统、引信系统以及物联网等技术领域具有广泛的应用前景。设计制作了一种三维结构的聚吡咯/氧化石墨烯电极的MEMS微电容。该微电容由三维结构集流体、功能薄膜、凝胶电解质和BCB封装构成,其三维结构集流体是基于RIE刻蚀等微加工工艺加工实现的,而功能薄膜是通过电化学沉积工艺在集流体表面沉积聚吡咯/氧化石墨烯制备而成的,具有阻抗低、容量高、循环性能好的优点。电极的结构表征表明,聚吡咯中充分掺杂了氧化石墨烯,功能材料微观结构规整。器件电化学测试结果表明,放电电流为3mA时,MEMS微电容具有30μF的电容值,比容量达到7mF/cm2,在4000次充放电循环后,器件比容量仍保持在90%,电容量无明显衰减,具有稳定的电容性能和良好的循环性能。     

基于聚吡咯/氧化石墨烯电极的MEMS微电容的性能研究

MEMS微电容具有高比容量、高储能密度和抗高过载等特点,在微电源系统、引信系统以及物联网等技术领域具有广泛的应用前景。设计制作了一种三维结构的聚吡咯/氧化石墨烯电极的MEMS微电容。该微电容由三维结构集流体、功能薄膜、凝胶电解质和BCB封装构成,其三维结构集流体是基于RIE刻蚀等微加工工艺加工实现的,而功能薄膜是通过电化学沉积工艺在集流体表面沉积聚吡咯/氧化石墨烯制备而成的,具有阻抗低、容量高、循环性能好的优点。电极的结构表征表明,聚吡咯中充分掺杂了氧化石墨烯,功能材料微观结构规整。器件电化学测试结果表明,放电电流为3mA时,MEMS微电容具有30μF的电容值,比容量达到7mF/cm2,在4000次充放电循环后,器件比容量仍保持在90%,电容量无明显衰减,具有稳定的电容性能和良好的循环性能。     

碳纤维/棉纤维/聚吡咯柔性复合材料的制备及性能研究

柔性超级电容器作为一种储能器件,具有功率密度高、充电时间短、循环寿命长、比电容高等优点,可满足可穿戴器件的需求,而柔性电极材料是决定柔性超级电容器发展的关键因素,它决定着电容器的主要性能指标。采用混纺的方法制备了碳纤维含量为20%(质量分数)的碳纤维/棉纤维混纺纱线,然后通过电化学沉积法在碳纤维/棉纤维混纺纱线上生长聚吡咯颗粒,成功制备了20%(质量分数)碳纤维/棉纤维/聚吡咯柔性复合材料。利用扫描电子显微镜、拉曼光谱分析仪和电化学工作站研究了复合材料的形貌、聚吡咯沉积情况以及复合材料的电容性能。结果表明,20%(质量分数)碳纤维/棉纤维/聚吡咯柔性复合材料中,聚吡咯颗粒直径为30~60 nm,且沉积均匀,化学活性较高;在1.02 mA/cm^2电流密度下,复合材料的最大比电容达到1.28 F/cm^2,其高比电容归因于电极的独特结构;复合材料具有良好的柔韧性、机械稳定性和充放电循环寿命,其经过6000次弯曲循环后,电容保持率仍有80%以上,可以用作柔性可穿戴超级电容器的电极材料。     

石墨烯/二氧化锰/聚3,4-乙烯二氧噻吩三相复合电极的制备及电化学性能

采用水性溶液为电解液,在石墨烯表面用恒电位法依次制备二氧化锰和聚3,4-乙烯二氧噻吩层,得到石墨烯/二氧化锰/聚3,4-乙烯二氧噻吩三相复合电极。扫描电镜表征三相复合电极的形貌特征及复合结构;通过恒流充放电、循环伏安、交流阻抗等电化学测试方法研究三相复合电极的电化学性能。结果表明,石墨烯呈现独有的褶皱状结构,二氧化锰由不规则的纳米片交织而成,聚3,4-乙烯二氧噻吩由纳米范围粒子聚合而成,三相电极呈现层状复合结构;在1.0A/g的充放电电流下得到的比容值为165F/g,经过500次充放电循环后,容量保持率达到80%,具有较好的稳定性,同时,该三相复合电极还表现出很好的充放电可逆性和阻抗性能。     

聚吡咯/氧化石墨复合材料的制备及其电容性能

以氧化石墨为载体,采用木质素磺酸钠作为掺杂剂,氯化铁作为氧化剂,引发吡咯单体在氧化石墨层发生化学原位聚合反应,制备了聚吡咯(PPy)/氧化石墨复合材料。通过XRD、FTIR和SEM分析分别对复合材料的物相组成、结构和微观形貌进行了表征,通过TGA分析研究了复合材料的热稳定性,采用恒电流充放电、循环伏安和电化学阻抗谱等方法测试分析其电化学性能。研究表明:采用化学原位聚合的方法合成的PPy/氧化石墨复合材料具有"层-球"状的"三明治"型微观结构,以便形成良好的导电网络,其结晶度高、排列规整、缺陷少,复合材料中吡咯单体通过N-H键与氧化石墨的含氧官能团发生键合。PPy/氧化石墨复合材料新颖的微观结构和良好的化学键合状态使其表现出优异的电容性能。在电流密度分别为0.5、1.0、2.0和5.0 A/g时的比电容分别为500、460、427和396 F/g;经过1000次恒电流(2.0 A/g)充放电循环后, PPy/氧化石墨复合材料的比电容保持率为97.2%。      

聚苯胺-石墨烯/聚酰亚胺复合导电纱的制备及其超电容特性

为了提高石墨烯/聚酰亚胺(rGO/PI)复合纱线电极的电化学性能,采用电化学聚合法在rGO/PI复合纱线表面沉积聚苯胺(PANI)颗粒,研究了沉积时间对PANI-rGO/PI复合导电纱的形貌及增重的影响。结果表明, PANI在rGO/PI复合纱线表面均匀沉积,且沉积量随着沉积时间的增加而增大。采用循环伏安法(CV)、恒流充放电法(GCD)研究了PANI-rGO/PI复合导电纱线的电化学行为。结果表明, PANI沉积时间对纱线电极的循环伏安特性、恒流充放电曲线等有很大的影响,当PANI沉积时间为900 s时,所得PANI-rGO/PI复合纱线电极的循环伏安特性和恒流充放电性能表现均最优,比电容为81.22 F·cm^-3,而rGO/PI纱线电极仅为16.4 F·cm^-3。以最优工艺制得的PANI-rGO/PI复合导电纱作为电极组装了纤维状超级电容器,采用交流阻抗谱法(EIS)、 CV及GCD对器件进行电化学性能表征。结果表明,该器件体积比电容可达41.73 F·cm^-3,在充放电3 000次后比电容依然能够维持在85%左右,所得纤维状超级电容器经过串联可成功驱动LED灯。     

SnO2/还原氧化石墨烯/聚吡咯三元复合物的合成及其电化学电容性能

采用两步法制备出均匀分散的SnO2/还原氧化石墨烯(SnO2/RGO)二元复合物,再以二元复合物为模板,通过化学氧化法聚合吡咯(Py)单体,制备出SnO2/还原氧化石墨烯/聚吡咯(SnO2/RGO/PPy)三元复合材料。利用红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)和场发射扫描电镜(FESEM)对复合材料结构和形貌进行物性表征,利用循环伏安、恒电流充放电和交流阻抗对复合材料进行电化学性能研究,并讨论了不同含量的PPy对复合材料的结构和性能的影响。结果表明,所合成的三元复合材料的比电容随PPy含量的增加而增大,最大达到305.3F/g。三元复合物电容性能增强源于SnO2、RGO与PPy三者的相互协同作用,以及材料层状结构和大的比表面积。     

茶籽壳质活性炭的制备及其电化学性能

以茶籽壳为原料,以K2CO3作为活化剂,制备了新型活性炭。用氮气吸脱附法对活性炭的孔结构进行了分析。以活性炭为电极材料,6mol/L KOH溶液为电解液组装成超级电容器,利用恒电流充放电、循环伏安、交流阻抗等电化学测试方法研究其电化学性能。结果表明,活化后的茶籽壳炭,其比表面积高达1272m2/g,比电容高达150F/g,研究表明茶籽壳活性炭适用于超级电容器的电极活性材料。     

水热法合成二硫化钼花状微球及其电容性能研究

使用水热法以钼酸铵为钼源,硫脲为硫源制备了由纳米片组成的三维花状的二硫化钼微球。利用XRD、Raman、SEM和TEM对产物的微观结构和形貌进行了表征。同时通过循环伏安法、恒电流充放电和交流阻抗谱研究了其作为超级电容器电极材料的电化学性能。测试表明MoS2花状微球电极材料在电流密度为0.5A/g时,比电容可达225F/g,具有良好的倍率性能,是一种性能优异的超级电容器电极材料。