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摘要:在超级电容器电极材料的研究中, 导电聚合物(聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩)以其高功率、长寿命、大容量、稳定可靠,以及对环境无污染等优异性能脱颖而出,成为电极材料的研究热点。而其中以聚噻吩类经过修饰之后获得的衍生物最多,PEDOT是聚噻吩类中研究最活跃的聚合物。
随着人们对于绿色能源和生态环保的日益关注,超级电容器已经成为一种新型储能元器件。它介于电池与普通电容之间,既可大电流快速充放电,又可以储能,与传统的化学电池相比,具备高功率、长寿命、大容量、充放电时间短、安全可靠以及对环境无污染等优异特性。可广泛地应用在混合动力汽车、移动设备电源、太阳能、风能、燃料电池等发电的储存、紧急照明系统以及大功率电脉冲设备等。要提高超级电容器的综合性能,寻找合适的电容器电极材料是重中之重。 这致使很多新型电化学超级电容器电极材料相继被发现和使用。而导电聚合物后来居上,在超级电容器电极材料中成为了新的研究的热点。
超级电容器根据其储能机理可分为两类:电化学双电层电容器和法拉第准电容电容器。在电化学双电层电容器中,电容的产生主要基于电极/电解液上电荷分离所产生的双电层电容,电极材料主要使用多孔碳材料;法拉第准电容电容器是电极材料在特定电压下的快速法拉第反应,电极材料主要使用金属氧化物和导电聚合物。法拉第反应和双电层的双重作用,使其具有更大的电容量,更适用于大容量电器的使用。其中金属氧化物电极主要使用的是Rh、Ir等稀有金属,资源短缺,而导电聚合物的共轭结构提高了电子的离域性,对外表现可以导电。该类材料具有成本低,容量高,充放电时间短,环境友好,安全等优点,因此以聚苯胺,聚吡咯,聚噻吩为代表的导电聚合物电极材料逐渐成为研究的热点,越来越受到关注。
双电层电容器和法拉第准电容电容器原理示意图
聚苯胺是目前研究比较热的导电聚合物材料,研究成果比较多。纳米材料聚苯胺电极材料由于其比表面积大和成本低等优点在电容器电极材料中有着独特的优势。目前的研究几乎是围绕着聚苯胺纳米结构的制备及其对电容器性能改进的研究。通过研究者的不断尝试,相信其会在开发电容器的领域中发挥重要作用。
聚吡咯类电极材料用途也十分广泛,但衍生物相对较少。研究集中在对单一的聚吡咯复合改性,制备出电容性能较好的电极材料,想必也会渐渐成为研究的趋势。
聚噻吩类材料主要是对噻吩进行一定的修饰而制备成电极材料。噻吩经过修饰后可获得很多的衍生物,但是常用的且能满足电容器性能并研究活跃的材料是PEDOT。 由于PEDOT具有可见光区较高的透明度、良好的环境稳定性及热稳定性、较低的氧化还原电位、较高的电导率、以及可以n型和p型掺杂等优点,其在结构和性能上更具有选择性,成为超级电容器的理想电容材料,在电极材料研究中会受到更多关注。
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