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1、超级电容器材料的制备及应用技术,超级电容器的应用,由于超级电容器具有超大容量，又具有很高的功率密度，因此具有极广泛的应用前景，表现在以下几个方面：1、作为后备电源 2、作为主电源 3、作驱动电源 4、新应用领域的开阔,活性炭复合材料的制备,实验药品检测和配制 由于实验的主要原料苯胺和过硫酸钾（氧化剂）在空气中容易变质，所以实验前对药品的检测非常重要。苯胺在水中的溶解度很低，所以将苯胺和过硫酸钾溶解在1mol/L 的盐酸中，形成铵盐。过硫酸钾变质后形成硫酸盐，因而用氯化钡溶液检测即可,超级电容器用PANI/AC复合材料的制备,1、PANI/AC复合电极材料的制备 2、超级电容器的电极制作 3、循
2、环伏安法测试 4、交流阻抗测试 5、恒流充放电测试6、红外光谱检测,PANI/AC复合电极材料的制备,将一定量的活性炭(约0.08g)置于100ml烧杯中，加入15ml盐酸（1mol/L）溶液，然后超声震荡约20min。再将苯胺饱和溶液缓慢滴加到上活性炭溶液中，同时震荡。然后再将过硫酸钾溶液缓慢滴加到上溶液中，同时搅拌。为了好控制氧化剂加入的量，采取对比试验。另一份样不加活性炭，同时缓慢加入过硫酸钾，当对比样中的溶液从淡黄色逐渐加深，最后突然变为墨绿色，说明聚苯胺已经合成，可以停止加氧化剂，继续搅拌若干时间。反应若干时间后，用抽虑器对溶液进行过滤，将滤纸连同复合材料放在坩埚中，然后放在烘箱中烘
3、干（6h）取出挂下来即可备用。,超级电容器的电极制作,将前面制备的PANI/AC 复合材料烘干后，称取按 活性炭：PVDF：乙炔黑=85：5：10的比例称量这些药品，放于玛瑙研钵中研磨若干时间（30min），再加入适量 N甲基吡咯烷酮，继续研磨。将研磨的物质涂在干净的已经称重的钛片上，继续烘干（3h），备用。,循环伏安法测试,进行活性炭电极的循环伏安测试。该测试体系为三电极系统，以待测钛片电极材料为工作电极（阴极），参比电极为Hg/Hg2Cl2电极，辅助电极为铂电极（阳极）电位扫描速度（mv/s）分别为100，50，20，10，5，电解液为1mol/L的H2SO4溶液。,运用循环伏安法计算比电
4、容的原理,v扫速，E电势差，Q电量，I电流，电位 C=Q/E dQ=Idt又因为 t=/，所以 dt=(1/)d dQ=(1/)*Id Q=(1/)*(Id)C=(1/)*(1/E)*(Id)平均电流差值/v 积分部分就是双电层电容区的面积,实验结果与讨论,1、氧化剂的加入对活性炭比电容值的影响 2、聚苯胺对活性炭比电容量值的影响 3、活性碳与苯胺不同摩尔比对复合材料比电容性能的影响4、不同比表面积的活性碳对复合材料比电容值的影响 5、经过聚苯胺改性的活性炭红外分析 6、结论,氧化剂的加入对活性炭比电容值的影响,从图可以看出，不论有无加过硫酸钾，随着扫描速度的逐渐减小，活性炭的比电容值逐渐增大
5、。但是另一方面，随着过硫酸钾量的增加，过硫酸钾会氧化活性炭，导致活性炭比电容值大量减小。因而，在活性炭表面聚合聚苯胺，加入的过硫酸钾应该控制含量。过硫酸钾可能致使活性炭表面碳原子被氧化，从而改变碳原子表面结构，使得活性炭比表面积减小。,聚苯胺对活性炭比电容值的影响,图4-2是PANI/AC电极和活性炭电极在1mol/LH2SO4溶液中的循环伏安法测试图，采用的扫描速度是10mV/s,扫描范围是0.21.2V，从图可见，曲线1即活性炭电极循环伏安曲线上只有微弱的氧化还原峰，这是活性炭材料上带的某些官能团引起的氧化还原峰。而曲线2上出现两个比较大的氧化还原峰，它们是PANI/AC材料中PANI发生
6、氧化还原,引起的峰，成对的两峰间电势差较小，约在200mV，说明可逆性较好，两对峰显著的增加了循环伏安曲线所包围的面积，表明复合材料中PANI存在使比电容值增大。酸性溶液中，聚苯胺利用质子在自身体内掺杂/去掺杂反应储能，其膜电极比容量很高，远大于活性炭材料，复合材料不仅能利用活性炭大比表面积带来的双电层电容，还能利用聚苯胺的法拉第电容，因此具有很高的比电容。，,活性碳与苯胺不同摩尔比对复合材料比电容性能的影响,图4-4是相同量的活性炭，在不同量的聚苯胺改性下在1mol/lH2SO4溶液中，扫描电压01.2V之间，很据循环伏安曲线作出的图由图可见，随着扫描速率的减小，比电容值并不与扫描速率成线性
7、关系。此外，随着苯胺量的加多，得到的聚苯胺含量就增多，使得活性炭表面聚苯胺的含量增大，从而提高了活性炭复合材料的比电容值。三条曲线从坐标相差近乎相等，可见PANI/AC材料比容量与聚苯胺的含量有很大的关系。,不同比表面积的活性碳对复合材料比电容值的影响,由这两幅图客见，通过聚苯胺改性后，得到的复合材料比电容值有了很大的提高。但是不同的活性炭改性后对复合材料比电容的影响是不同的。活性炭式样1和5初始测试和改性测试后顺序没有改变，但是式样2，3，4顺序却改变了，本来式样2初始测试值并不是很高，但是经过改性后却得到很高比电容值。,经过聚苯胺改性的活性炭红外分析,通过以上三幅图，可见，在670和138
8、4处，三幅图都有峰，说明这些峰是活性炭自身具有的，而在约16381651和34473568处，却出现不同的峰值，说明了这些峰是由于经过了聚苯胺改性才有的,结论,总结实验得出如下结论。1、在活性炭和聚苯胺摩尔比相等的条件下，随着氧化剂量的增加，苯胺转化率逐渐提高，但制得复合材料的比电容却显著下降。可见图4.12、在保持活性炭质量不变的情况下，提高聚苯胺的含量，可以的提高PANI/AC的比电容量。可以充分利用活性炭材料，但是得消耗大量的苯胺和氧化剂。3、活性炭比表面积和其表面结构，孔径对PANI/AC材料有很大影响，但是不同比表面积的活性炭对制备出来的PANI/AC材料比电容影响各不相同。原则上是，比表面积小的活性炭比比表面积大的活性炭制备出来的PANI/AC所能得到的比电容要小。4、PANI/AC材料在循环伏安测试时，比容量随着电解液酸度不断增大而显著增大，但不是酸度越大越好，酸度太大会腐蚀电极片，尤其是PANI/AC电极，影响测试结果。,谢谢各位老师,
