聚吡咯基混合金屬氧化物復(fù)合材料的電化學(xué)性能研究.pdf

1、超級電容器因其具有功率密度高、循環(huán)壽命長、可快速大電流充放電、可逆性好等優(yōu)異特性，已成為世界各國新能源領(lǐng)域的研究熱點之一。與傳統(tǒng)的超級電容器電極材料（如:IrCl3、RuCl3、RuO2、MnO2、In2O3等）相比，導(dǎo)電聚合物聚吡咯（polypyrrole，簡寫為PPy）具有柔韌性好、電導(dǎo)率高、制備方法簡單、條件易于控制，以及可逆的氧化還原反應(yīng)行為、良好的生物相容性和環(huán)境穩(wěn)定性。PPy作為備受關(guān)注的超級電容器電極活性材料，已經(jīng)在眾多領(lǐng)

2、域得到了廣泛應(yīng)用。然而，當(dāng)其用于電極材料進行充電/放電的過程中，高分子鏈?zhǔn)湛s/膨脹致使分子鏈的斷裂、破壞，容易引起活性物質(zhì)的減少，導(dǎo)致電容器的載能量和壽命下降，表現(xiàn)出較差的循環(huán)穩(wěn)定性能，極大的限制了該材料的應(yīng)用。
　　基于此，本文選擇將聚吡咯與具有多元價態(tài)、高電容、優(yōu)秀循環(huán)穩(wěn)定性的混合金屬氧化物進行復(fù)合，有望實現(xiàn)聚吡咯基復(fù)合電極材料高比電容、高能量密度、良好循環(huán)穩(wěn)定性等性能的統(tǒng)一。研究了復(fù)合材料形貌、混合金屬氧化物離子種類對材料電

3、化學(xué)性能的影響，通過分析其電化學(xué)反應(yīng)機制考察了結(jié)構(gòu)與性能的構(gòu)-效關(guān)系。主要結(jié)果如下:
　　首次制備了NiMoO4/PPy核-殼結(jié)構(gòu)超級電容器電極材料。NiMoO4/PPy復(fù)合電極表現(xiàn)出比NiMoO4及PPy單電極更高的比電容、倍率性能及循環(huán)穩(wěn)定性能。該復(fù)合電極在電流密度為5 mA/cm2時，比電容可達1389 F/g，面電容高達2.98 F/cm2。在高電流密度8 mA/cm2時，循環(huán)充電/放電1000次，NiMoO4/PPy復(fù)合

4、電極比電容保留為最初的71％，明顯高于PPy單電極的循環(huán)穩(wěn)定性(44％)。阻抗譜分析得知，NiMoO4/PPy復(fù)合電極相對于單電極具有更小的電荷轉(zhuǎn)移電阻。
　　成功的在碳布上合成出NiCo2O4/PPy核-殼復(fù)合材料。該復(fù)合電極材料在電流密度為2 mA/cm2時比電容可達1328 F/g。在展現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能的同時，其循環(huán)穩(wěn)定性得到了大幅提升。在10 mA/cm2的高電流密度下循環(huán)充電/放電5000次，比電容保持初始值的85％

5、，當(dāng)電流密度從2 mA/cm2升至20 mA/cm2時，比電容保持率仍為80.4％。并且NiCo2O4/PPy復(fù)合電極的比電容、倍率性能及循環(huán)穩(wěn)定性都優(yōu)于NiCo2O4和PPy單電極。
　　首次設(shè)計制備了具有三維分級納米結(jié)構(gòu)的ZnCo2O4/PPy超級電容器電極材料。通過電化學(xué)測試顯示，當(dāng)電流密度保持2 mA/cm2時，得到了高比電容1559 F/g;在高電流密度10 mA/cm2時，循環(huán)充電/放電5000次，比電容保留率高達90