第27卷第2期高分子材料科学与工程

Vol.27,No.2 2011年2月

POLYMER MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING

F eb.2011

聚噻吩/活性炭复合材料作为超级电容器电极材料的电性能

高峰阁,田艳红

(北京化工大学碳纤维及功能高分子教育部重点实验室,北京100029)

摘要:采用原位聚合的方法在活性炭表面引发噻吩聚合,制备不同配比的聚噻吩/活性炭复合材料作为超级电容器电极材料,并研究了不同配比对材料电性能及结构的影响。采用傅里叶红外光谱及场发射扫描电镜研究了材料的化学结构及表面形态。采用循环伏安,恒流充放电等方法评价了材料电性能。结果表明,当活性炭与噻吩的摩尔比为10 1时,复合材料呈蓬松的网状纤维连接,有较多的孔洞,其比容量达到最高值401 7F/g ,随着充放电电流密度由100mA/g 增加到900mA/g,复合材料比容量由401 7F/g 减小到267 8F/g,保留率达到66.7%。关键词:聚噻吩;活性炭;超级电容器

中图分类号:T B54 文献标识码:A 文章编号:1000 7555(2011)02 0152 04

收稿日期:2009 12 25

通讯联系人:田艳红,主要从事碳材料方面研究, E mail:yanhongtian@163.com

超级电容器是一种环境友好型储能元件,具有容量高、能量密度大、工作温度范围广、可快速充放电且循环寿命长、无污染零排放等优点。活性炭(AC)由于其成本低,比表面积大和较高的导电率而引起广泛研究,同时也是超级电容器最早采用的电极材料[1,2]。聚噻吩(PTH )是一种重要的结构型导电高分子材料,也是一类潜在的重要的超级电容器电极材料,由于其优良的导电性能和稳定性而得到广泛研究[3~6]

,但是其作为超级电容器电极材料的研究在国内还很少见。本文在低温条件下,采用原位聚合的方法,在活性炭表面引发噻吩聚合制备聚噻吩/活性炭复合材料,并以此作为超级电容器电极材料。以期利用复合材料各组分间的协同效应而得到比容量大及大电流充放电性能优良的复合材料作为超级电容器电极材料。1 实验部分

1.1 原料与试剂

活性炭:比表面积936m 2/g,溧阳活性炭联合加工厂;噻吩:分析纯,北京市兴津化工厂,纯度99.5%;无水FeCl 3:分析纯,天津阿法埃莎化学有限公司,纯度98%;盐酸:分析纯,质量分数36.8%,北京化工厂;无水乙醇;去离子水。

1.2 不同配比的聚噻吩/活性炭复合材料的合成

在三口烧瓶中先加入100mL 氯仿和一定量活性

炭,超声振荡2h,加入无水FeCl 3常温搅拌2h 后再加入噻吩单体,在0 反应10h 之后,先用乙醇和稀盐酸超声清洗,离心分离,洗至离心液无色,再用去离子水超声清洗,洗至离心液呈中性,离心分离,60 烘干,备用。1.3 电极的制备

将聚四氟乙烯(PTFE)、乙炔黑、聚噻吩/活性炭复合材料按7 10 83的质量比混合,以去离子水为溶剂,用玻璃棒搅拌均匀后涂敷到泡沫镍上,烘干至恒量后压片,并裁成20mm 20mm 的极片,用于电性能测试。

1.4 复合材料电性能测试

测试体系为三电极系统,以待测材料电极为工作电极,对电极为面积比测试电极稍大的同种材料电极,电解液为6mol/L 的KOH 溶液,参比电极为H g/HgO 电极。采用美国Princeton Applied Research 的263A 型Potentiostaf/Galvan -ostat 恒电位仪进行电极的循环伏安测试,扫描速度为5m V/s 。采用武汉市金诺电子有限公司2001A 型LAND 电池测试系统进行电极材料的恒流充放电性能测试,充放电电流密度为100mA/g ~900mA/g,电压0V~0 9V 。

假如体系充放电电流为i 0,每一循环充放电时间差为(t 2-t 1),体系容量的计算公式为: