具有良好稳定性的电致变色型聚合物及其复合物材料的制备与性能研究

来源 :东南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:nmghdw126com
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
能源危机和环境污染问题日益加剧,因此不仅需要通过清洁手段生产能源,还需要开发能量储存装置以实现高效利用。超级电容器(SCs)因高功率密度、超快充放电速率、长循环寿命以及优异的稳定性和安全性等突出特点而备受瞩目。此外,智能电子产品的快速增长也引发了对智能储能系统的迫切需求。设计具有智能功能的创新能量存储装置以便人们可以轻松地确定电能存储对于实际应用具有重要意义。在电荷插入/提取或化学还原/氧化过程中,一些材料会相应地改变它们的颜色,这种现象称为电致变色。将电致变色材料结合到超级电容器中,使其能通过颜色变化直观地反映储能状态,这个概念已经变得可行,并且也是科学和技术发展的重要趋势。导电聚合物(CPs)具有导电性好、成本低和灵活性高等优点,可用于电致变色超级电容器。然而,当它们在SCs中应用时,相对较低的机械稳定性和循环寿命限制了CPs的性能。如何提高CPs的稳定性是目前电致变色超级电容器材料研究的重点。本论文从导电聚合物材料的电致变色超级电容器应用出发,围绕如何提高材料的稳定性和电化学性能主要开展了以下三个方面的工作:(1)将侧链末端修饰溴基团的聚合物与羟基化碳纳米管通过Williamson反应,设计并合成了一种可溶液加工的PBDTC-MWCNT复合材料。相比于传统的碳纳米管共价改性方法,一步法不仅可以简化合成工艺,而且所得的复合物材料相互分散的更加均匀并可以长时间稳定地存在于溶液状态下。通过随后的紫外,荧光等一系列表征也证实了所制备的复合材料中,聚合物和碳纳米管之间有效的电荷转移。基于PBDTC-MWCNT的对称型超级电容器(SC)提供了4.8 V的工作电位窗口,在4800 W kg-1的功率密度下,SC的能量密度可以接近174.7 W h kg-1。此外,伴随着超级电容器充电/放电过程中的颜色变化,使其成为兼具储能和电致变色功能的智能设备。(2)基于咔唑和苯并二噻吩(BDT)单元,通过在侧链引入4-乙烯基苄氯基团,成功制备了热交联型聚合物PCBDTP-X。该电活性聚合物在1.2 V的宽电位窗口内具有适中的电容和良好的稳定性,并且在全聚合物不对称超级电容器中用作正极材料。PCBDTP-X显示出能量存储/电致变色双功能:可以通过颜色变化直观地监测聚合物电极的充电/放电,实现“智能”能量存储装置。随后选择PEDOT,一种具有宽电位窗和高稳定性的导电聚合物作为负电极,以补充PCBDTP-X制造全聚合物电致变色不对称超级电容器(ASC)。PCBDTP-X//PEDOT电致变色ASC在2.4 V的宽电压范围内可以产生19.68 W h kg-1的高能量密度和600 W kg-1的功率密度,并且在2000次循环后,仍然有99.1%的电容保持。(3)首先利用简单的原位沉积法在ITO上制备出PEDOT/GO杂化纳米片结构。P(CZ-BT-CZ)是一种侧链末端修饰咔唑基团的D-A型聚合物,通过循环伏安电化学交联的方法将P(CZ-BT-CZ)进一步聚合在ITO-PEDOT/GO表面得到PP(CZ-BT-CZ)/PEDOT/GO复合电极并研究了其电化学性能。有趣的是,除了储能能力外,该复合材料电极还具有电致变色功能。接下来,通过堆叠PP(CZ-BT-CZ)/PEDOT/GO和PEDOT/GO电极制造了夹层型ASC,其具有2.0 V的宽电压窗口。ASC表现出适中的比电容(4.38 mF cm-2),较高能量密度(24.3 W h kg-2)和良好的循环性能(2000次循环后95.8%电容保持)。这主要是由于在复合材料中,GO提供了一个框架结构使得复合薄膜具有较大的比表面积和粗糙度,有利于电解质在薄膜间的渗透,同时GO作为缓冲层,有效的阻止了氧化还原期间聚合物的体积变化和机械破坏。
其他文献
随着,国家、地方等对于人才发展战略的深化改革,高校作为高层次人才聚集地方,如何引人、外人、留人、育人成为了重要的课题。A大学为更好地、更科学、精准地引人,做好人才招
传统的多变量统计分析方法,主要是指主成分分析方法、因子分析方法等我们常说的多元统计分析方法。这些方法有个共同的地方就是都会计算样本的均值向量和协方差矩阵,并在这两
[背景]特发性肺纤维化(IPF)是一种进展性、致死性的间质性肺疾病,发病机制尚未完全明确且治疗手段有限。目前的研究提示IPF是一种衰老相关性疾病,针对肺纤维化过程中细胞衰老
近年来,国内城市道路地面塌陷安全事故频发,严重威胁着城市的正常生产和生活,但现有的探测技术对于解决此类问题具有一定局限性。因此,加大对城市地下隐伏病害快速探测技术的研究是当务之急。本文针对基于能量频率属性的城市道路隐伏病害地震快速探查,通过理论分析、正演模拟及现场试验探测,取得了如下认识:(1)地震波的能量衰减特性以及频散特性对地下空洞响应较为敏感,验证了利用地震波的频散特性与能量衰减特性在探查城
软电介质可调焦镜头是一种新型微光学镜头,通过改变加载在镜头上的电压改变其焦距(镜头直径)。该类镜头目前有两种构造形式,且都由软电介质薄膜、液体和刚性框架组成,一种为
柠檬酸是一种重要的有机酸,广泛应用于食品、医药、化工等领域。柠檬酸工业生产的主力菌种使用严格的好氧微生物黑曲霉,其发酵过程对氧需求非常高,短暂低氧会对柠檬酸生产造
传统的路面检测方法存在着破坏路面结构和美观的问题,并且随着公路里程的不断增长,传统检测手段已越来越不能满足道路检测的需求。探地雷达作为一种无损检测的手段,能快速、连续地对路面进行探测,极大程度上避免了偶然误差的出现,在公路性能的评估,病害的探测中起着越来越重要的作用。本文研究探地雷达已有的理论和实践成果,总结了探地雷达在沥青路面测厚度、压实度和含水率的现状,分析了病害探测和有限元模拟的研究成果,并
“授之以鱼,不如授之以渔”,强调学生学会学习的重要性。在新课程改革下,学生的自主学习成为教育者关注的重点,让学生学会学习、主动学习成为教育的培养目标,而如何提高学生的自主学习水平需要我们不断探索。本文在查阅国内外有关自主学习和思维导图的理论基础上,以S县某中学的高中生为研究对象,以调查法、实验法为主要方法进行研究。如何运用思维导图帮助学生达到“独立思考和自主学习”的课标要求,及验证思维导图的使用在