碳基聚苯胺自修复电极制备与循环稳定性研究

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导电聚合物作为一类重要的超级电容器材料,具有原料易得,性能优异等特点,是这个领域的热点材料。其中聚苯胺(Polyaniline,PANI)以其合成简单、高导电和高比容等优点成为最受关注的导电聚合物之一。但是,由于结构失稳导致其循环稳定性较差,严重限制了其发展。因此,提高PANI长期循环过程中的稳定性是当前研究的主要挑战。作为一种智能材料,基于可逆氢键作用的自修复聚合物(Self-healing polymer,SHP)能够修复结构性损伤,减少由于PANI体积变化和结构损伤引起的电子接触损失。因此本文采用自修复的方法并结合结构调控的策略来提高PANI的循环寿命,取得的主要成果如下:1.通过将PANI与氧化石墨烯(Graphene oxide,GO)复合来增强复合材料的结构稳定性,并添加SHP来重建PANI纳米结构与电极之间的接触,提高PANI全固态超级电容器的循环稳定性。2.以二聚苯胺(Aniline dimer,AD)为前驱体合成了苯胺四聚物(Aniline Tetramer,AT)与GO的复合材料(AT-GO)。由于SHP的自修复作用,基于AT-GO的器件表现出非常好的循环稳定性,9000次循环后电容保持率高达97.5%,在0.5 A g-1时获得高达143.2 F g-1的器件比电容,表现了良好的电化学性能。3.以PANI和碳纳米管(carbon nanotube,CNT)制备合成了PANI-CNT复合材料,该电极材料在三电极测试系统中,展现出了较为优异的超电容性能。以PANI-CNT为活性物质并组装成柔性器件,表现了良好的柔性与电容性能。本文提出的使用SHP和缩短聚合物链长来提高电化学稳定性的新策略,以及柔性超级电容器相关的研究,为提高PANI稳定性提供了新的参考方法,并对其实际应用有重要意义。
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