对甲苯磺酸掺杂聚(苯胺-中性红)复合物的乳液聚合法制备及电化学电容行为.pdfVIP

V01．31 高等学校化学学报 No．3 2010年3月 CHEMICALJOURNALOFCHINESEUNIVERSITIES 571．576 对甲苯磺酸掺杂聚(苯胺／中性红)复合物的 乳液聚合法制备及电化学电容行为 徐海丽，曹琪，王先友，陈权启，廖丽 1 (湘潭大学化学学院，环境友好化学与应用教育部重点实验室，湘潭41105) 摘要以对甲基苯磺酸(TSA)为掺杂剂和乳化剂，过硫酸铵(APS)为引发剂，采用现场乳液聚合方法合成了 moL／L (SEM)对共聚物复合材料的结构和形貌进行了分析和表征．以此复合材料为活性物质制备电极，以l H：s0。水溶液为电解液组装超级电容器，通过恒电流充放电、循环伏安和交流阻抗等技术研究了其电化学 mV／s的循 性能．研究结果表明，TSA．PAN]／PNR电极具有比TSA／PANI更优良的电化学性能．扫描速度为1 环伏安曲线计算结果表明，其单电极比电容可达到1350 Wg，而TSA／PANI在相同的扫速下其单电极比电容 仅为1038F／g；在5mA放电电流下，TSA·PANI／PNR组装的电容器首次充放电比电容可达到348F／g，1000 次循环后容量保持87％． 关键词聚苯胺；聚中性红；共聚合；对甲基苯磺酸；乳液聚合；超级电容器 中图分类号0646 文献标识码A 文章编号0251-0790(2010)03-0571-06 电化学电容器又称超级电容器，是20世纪90年代发展起来的一种新型储能元件，具有比能量高 和比功率大的双重优点，同时其循环寿命长，无记忆效应，免维护，环境友好，可望作为新一代绿色电 源满足交通运输、电子设备和国防科技等领域的需要¨’2J．近年来，电化学电容器正成为各国研究的热 点．多孔炭、氧化物和导电聚合物均可作为超级电容器的电极材料．其中多孔炭材料”1由于具有较长 的使用寿命、低廉的价格及大规模的工业化生产基础而被广泛采用．然而，多孔炭材料的能量密度和 功率密度在大电流密度下通常迅速衰减，很难满足电动汽车等对超级电容器高能量／高功率密度的需 求．在金属氧化物材料中，氧化钌【4o的比电容高、内阻小，但RuO：的价格昂贵，限制了其广泛应用； 廉价的金属氧化物中NiO的制备方法简单、价格低廉，因此越来越受到人们的关注．郑明波等归1采用 mol／L 快速沉淀法制备多孔纳米NiO发现，其在2．0 KOH电解液中的单电极比容量约为255F／g，但 NiO普遍存在电位窗口较窄、电性能差等问题．而导电聚合物具有独特的结构和优异的物理化学性能， 用其做超级电容器电极材料是近年来发展起来的一个新的领域∞q1，其最大优点是可以在高压(3．0～ 3．2V)下工作，可以弥补过渡金属氧化物系列工作电压不高的缺点．在众多的导电高分子聚合物中， 聚苯胺(PANI)由于结构多样化、导电率较高、单体价廉易得、合成简单、产率较高、良好的化学稳定 性、独特的掺杂现象以及可逆的氧化还原性，已成为电化学电容器电极材料的研究热点归以引． 制备聚苯胺及聚苯胺基共聚物的常用方法有化学氧化法、电化学法和乳液聚合法等．化学法产量 高且成本低，易进行大规模生产，但合成的PANI材料的电阻一般偏高，导致所制备电极的可逆性和大 电流放电能力较差；电化学聚合法受电极面积限制，难以得到大量的产物，不适合大规模生产．而采 用现场乳液聚合法制备导电聚苯胺，使苯胺的乳液聚合与质子酸的掺杂同步进行，一方面改善了聚苯 胺的加工性能，另一方面现场乳液聚合法采用水为反应介质，反应过程简单，试剂毒性明显减小，对 环境污染减小．本文以对甲基苯磺酸(偈A)为掺杂剂和乳化剂，过硫酸铵(APS)为引发剂，采用现场 收稿日期：20