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1、-范文最新推荐- 导电高分子超级电容器电极性能测试方法研究 课题导电高分子超级电容器电极性能测试方法研究摘要本论文综述了不同电化学测试方法下三电极体系、二电极体系和模型电容器体系的电极电化学性能，比较了不同方法的区别。主要描述了超级电容器的原理和特性，采用循环伏安法（CV）在不锈钢片上制备了高分子材料聚苯胺（PANI）的修饰电极，分别应用恒流充放电和循环伏安法，对制作的三种电容器进行电化学性能测试。结果表明：循环伏安法测试所得三种体系的充放电电容与扫速有关，大体上随扫速的增大而减小，恒流充放电法测试所得三种体系的充放电电容则大体上随电流的增大逐渐减小。两种测试方法所得测试结果不同，在大电流时，
2、我们比较适合用循环伏安法求得体系的电容，在小电流时，则比较适合用恒流法计算电容，至于需要能量和功率时，也更适合用恒流法。5934关键词聚苯胺 三电极 两电极 超级电容器 恒流充放电法 循环伏安法 电化学毕业设计说明书（论文）外文摘要TitleResearch of Conductive polymer supercapacitor electrode performance test methodsAbstractThis paper reviews the electrode electrochemical performance of the three-electrode system,
3、 the two-electrode system and the model capacitor system under the different electrochemical test methods, and compared the difference between different methods. Describes the principles and characteristics of the supercapacitor. polyaniline (PANI) modified electrode by cyclic voltammetry (CV) were
4、fabricated on the stainless steel sheet.using galvanostatic charge-discharge cycling and CV to test the peformance of three kind of capacitors.The results showed that charging and discharging capacitances of the three systems tested by CV are related with the scan rate.the capacitance is decrease wi
5、th the scan rate. charging and discharging capacitances tested by galvanostatic charge-discharge cycling are decrease with the current.the results of the two methodsobtained different.in high current,CV is more sutiable to get the capacitance of these systems.in low current,galvanostatic charge-disc
6、harge cycling is more sutiable to calculate the capacitance,as for energy and power,but also more suitable for the galvanostatic charge-discharge cycling. 3.3.2模型电容器充放电效率163.4恒流充放电能量及功率比较173.4.1恒流充放电能量比较173.4.2恒流充放电功率比较183.5三种体系比较19结论20致谢21参考文献221绪论电化学超级电容器是一种新型贮能装置，有快速贮存和释放能量的特点，超级电容器的电容性能主要取决于电极的材
7、料，因此，好的电极材料的研究与开发很有必要。有机导电高分子，比如聚苯胺具有原料易于得到，合成简单，稳定性好，能进行可逆氧化还原反应以及储存电荷密度高等优点，是比较理想的超级电容器电极材料1。1.1超级电容器超级电容器是一种比能介于电池与电容器之间，通过快速充电来实现储能的装置。超级电容器（supercapacitor,ultracapacitor）， 又叫双电层电容器(Electrical Double-Layer Capacitor)、电化学电容器(Electrochemcial Capacitor, EC), 黄金电容、法拉电容，通过极化电解质来储能。超级电容器具有电容量大，比容高，充放电
8、寿命长，可提供很高的放电电流，可以数十秒到数分钟内快速充电，工作温度范围大等特点2-3，所以今年来超级电容器的研究已经是一个热门课题。超级电容器的特点具体有：(1)超高电容量(0. 150000 F)。比同体积钽、铝电解电容器电容量大200050000倍。(2)漏电流极小，具有电压记忆功能，电压保持时间长。(3)功率密度高，可作为功率辅助器，供给大电流。(4)充放电效率高, 具有超长自身寿命和循环寿命，即使几年不用仍可留原有的性能指标，充放电次数大于10万次。(5)对过充放电有一定的承受能力，短时过压不会产生严重影响，能反复地稳定充电。 图1.1 超级电容器结构框图1.1.2超级电容器的应用与
9、发展自从1957年Becker5申请了第一个超级电容器专利后，便在世界范围内掀起了超级电容器的研究热潮，然而直到1978年由Panasonic/Matsushita公司开发的超级电容器产品才在市场上出现6。由于具有高的能量密度、较长的循环使用寿命、环境友好和安全性高等优点，超级电容器可以广泛应用于交通、移动通信、信息技术、航空航天和国防科技等领域7-8。随着对超级电容器电极材料和器件结构的深入研究，研究者认识到要提高电容器的综合性能，关键在于寻找合适的电容器电极材料。传统上讲，电容器的构造都是将一系列平行排列的导电金属板用绝缘材料分隔而成。根据所充电压的不同，在各个板上就会形成相反的电信号。充
10、电量是用mF和μF来计量的9。在最近的时间中，电容器得到了发展，其电容量已经可以达到成百甚至上千法，而这种电容器通常被称为超级电容器，或者终极电容器，并且这种电容器最初是由碳的高密度表面区域构建而成10。在现有的对超级电容器材料的研究中，有三种常见的材料：多孔碳材料(活性炭、碳纤维、碳纳米管等)，金属氧化物以及导电聚合物(聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩及其衍生物)。在这三种材料中，多孔碳材料和金属氧化物作为电容器电极的研究已有较多的报道，而导电聚合物作为电容器电极的研究相对起步较晚。由于该类材料具有成本低、比容高、充放电时间短等优点，近年来成为超级电容器电极材料研究的热点。与国外相比，我国超级电
11、容器的研究起步晚，始于20世纪90年代末，目前国内研制超级电容器企业有天津力神公司、上海奥威科技开发有限公司、北京集星联合电子科技有限公司、哈尔滨巨容新能源有限公司、锦州富辰超级电容器有限责任公司等。国内研发和生产的超级电容器主要用于民用，如各种电动交通工具的辅助电源、UPS系统、电磁开关、安全气囊、电站峰谷电力平衡、电动起重机的吊件位能回收等高功率用电场，天津力神公司与美国Maxwell公司合作，产品性能达到国内领先。上海奥威科技开发有限公司以开发超级电容器电动汽车为研发目标，并将上海11路公共汽车定为超级电容电动车的示范线，开始了商业化运营，北京集星联合电子产品主要以卷绕型活性炭纤维布作电
12、极，生产高电压和高容量的有机超级电容器。这一产品不断地得到市场的认知，市场的拓展也在成几何倍数增长。 一，电化学性质及电致变色性聚苯胺在不同氧化态之间能够进行可逆的氧化还原反应，在酸性条件下, 聚苯胺的循环伏安曲线上可出现3 对清晰的氧化还原峰。氧化还原峰的峰值电流和峰值电位随膜厚不同而异，阴极和阳极峰值电流与扫描速度的均方根呈线性关系。随溶液pH 值的升高,聚苯胺膜的电活性降低，当pH> 3 时, 其电活性逐步消失。电致变色现象是指在外加偏电压感应下，材料的光吸收或光散射特性的变化。这种颜色的变化在外加电场移去后仍能完整地保留。聚苯胺的一个重要特性就是电致变色性, 聚苯胺的电致变色效应
13、与氧化还原反应和质子化过程( pH 值)有关。在中性或碱性条件下制得的聚苯胺薄膜是黑色的, 在可见光谱中不显示电致变色现象，只有在酸性条件下制得的聚苯胺薄膜才能显示可逆多重颜色的电致变色现象。当电位在- 0. 2V 1. 0 V. vs.SCE 之间扫描时聚苯胺的颜色随电位变化而变化, 由亮黄色( - 0. 2 V) 变成绿色(0. 5 V) , 再变至暗蓝色( 0. 8 V) , 最后变成黑色(1. 0 V) , 呈现完全可逆的电化学活性和电致变色效应。当电位扫描范围缩小到- 0. 15 0. 4 V 时, 其电致变色的重复次数可增至106次。二，导电性聚苯胺像其他共轭聚合物一样具有导电性，
14、导电性是聚苯胺的一个非常重要的特性，本征态的聚苯胺电导率很低，通过质子酸掺杂后，其电导率可提高12个数量级。通过质子酸掺杂和氨水反掺杂可实现聚苯胺在导体和绝缘体之间的可逆变化。聚苯胺的导电性受许多因素的影响，除分子链本身的结构外，较重要的因素还有pH 值和温度。聚苯胺的电导率与pH 值的依赖关系：当pH> 4 时, 电导率与pH 无关，呈绝缘体性质；当2< pH< 4 时，电导率随溶液pH 值的降低而迅速增加，其表现为半导体特性；当pH< 2 时，电导率与pH 值无关，呈金属特性。聚苯胺的电导率与温度的依赖关系是在一定温度范围内服从VRH 关系,即随着温度的升高，其电导
15、率可从室温的0.1 S/m 增至235 e10S/m15。用电化学方法，通过改变电位来改变聚苯胺氧化状态达到改变其电导率的目的，发现电导率与电位的关系呈n 型变化，当电位在0. 4 V.（vs.SCE） 时，电导率最高，电位低于0. 2 V 或高于0. 6V 时，电导率都将显著下降，相差可达6 个数量级。这一特性在制造半导体器件上极有价值。聚苯胺还具有显著的光电转换特性，对外加电压有体积响应特性, 在微波频段能够有效地吸收电磁辐射等特性。 1.2.3聚苯胺在超级电容器电极上的应用与发展超级电容器作为一种能量储存器件，其性能的衡量指标主要有：比电容量、内阻、能量密度、功率密度等22。对聚苯胺电极材料而言，高电极比电容量是其最显著的优点，但限于聚苯胺的结构特点和储能特性，聚苯胺在超级电容器方面的应用也受到了限制，例如：在电极的充放电过程中，在充电结束和放电结束时，聚苯胺电极材料处于全掺杂态和全脱掺杂态，而在这两种状态下，聚苯胺的导电率都很低，这使超容的内阻升高。同时由于在充放电过程发生的是整个体相掺杂的氧化还原反应，掺杂离子的反
