论文部分内容阅读
醌式结构聚合物具有重量轻、价格低廉、理论比容量高等优点，是锂离子电池、超级电容器等电化学储能器件的电极材料的良好选择。然而，该类聚合物存在导电性差、易于溶解在电解液中等缺陷，严重影响倍率性能及循环稳定性。本论文将聚苯醌硫与碳纳米管进行纳米复合，利用两者的协同效应，改善聚苯醌硫的电化学性能。本文的主要研究内容如下: (1)以氯醌酸(CLA)为单体，硫化钠(Na2S)为连接剂，采用缩聚方法，合成一系列聚（2，5-二羟基-1，4-苯醌硫）(PDBS)，系统研究Na2S/CLA摩尔比、反应温度、单体浓度对PDBS形貌结构、产率及电化学性能的影响。研究发现，当Na2S/CLA摩尔比为1.2，反应温度200℃，CLA浓度为80mmol/L时，PDBS的结构、形貌、电化学性能相对最佳，当电流密度为1mA cm-2时，面积比电容为180mF cm-2。进而以PDBS为正极，以活性炭为负极，与吸收了四乙基四氟硼酸铵-乙腈电解液的聚丙烯酸酯橡胶准固态电解质(ACM/Et4NBF4-AN)，组装非对称超级电容器。结果显示，电流密度为2mR cm-2时，器件的面积比电容为86.9mF cm-2，能量密度为1.15mWh cm-3，功率密度为38mW cm-3，循环4500次，比电容保持率为40％。 (2)为了提高碳纳米管(CNT)薄膜与PDBS的结合力，通过重氮化反应，将对氯苯胺接枝到CNT表面，制得对氯苯胺修饰的CNT薄膜(pca-CNT)。并以CNT薄膜为基底，在其上原位缩聚生长聚（2，5-二羟基-1，4-苯醌硫）(PDBS)，构筑对氯苯胺修饰碳纳米管负载聚（2，5-二羟基-1，4-苯醌硫）(pca-CNT@PDBS)柔性电极。研究发现，重氮化处理的pca-CNT能使PDBS牢固的包覆在CNT表面，且PDBS的负载量高(0.6mgcm-2)，而未处理的CNT薄膜与PDBS的结合力差，PDBS是以颗粒形式生长在CNT薄膜的孔隙内，且PDBS的负载量低(0.3mg cm-2)。电化学测试发现，在浓度为80mmolL-1，Na2S/CLA摩尔比为1.2时，pca-CNT@PDBS电化学性能最佳，电流密度为2mA cm-2时，其面积比电容达到109.8mF cm-2，相对于纯PDBS、CNT@PDBS均有较大提高。以pca-CNT@PDBS为正极，以CNT薄膜负载的聚（1，5-二氨基蒽醌）(CNT@PDAA)为负极，ACM/Et4NBF4-AN为准固态电解质，组装成有机非对称超级电容器。结果显示，电流密度为1mA cm-2时，比电容为79.6mF cm-2，能量密度为1.63mWh cm-3，循环8000次左右，比电容保持在80.5％，表现了良好的循环稳定性。