聚苯胺／碳復合材料在混合型電容器中的應用

　　根據結構及電極反應的不同，超級電容器可分為對稱型電容器和非對稱型電容器。非對稱型電容器，又叫混合型電容器，這種電容器的正負極材料不同或者電極反應不同。混合型電容器的性能表現更接近于蓄電池，與傳統的對稱型電容器相比，具有更高的比容量和比能量。同時這類電容器又有著超級電容器的諸多優點，如比功率大，循環壽命長，工作溫度范圍廣，免維護等，因此在移動通訊，信息技術，交通運輸等領域有著廣闊的應用前景。

　　導電聚苯胺(PANI)材料利用質子在聚合物鏈上的摻雜/去摻雜反應儲存電荷和能量。聚苯胺作為超級電容器電極材料的研究吸引了大量學者[1-3]，因為它不僅性能優異，且合成方法簡單，原料價廉易得，化學和環境穩定性好。聚苯胺材料的比容量可達700 F/g左右，因此有研究者在碳電極表面電化學沉積聚苯胺薄膜，希望借此提高電極整體性能，但這種方法只能制備出聚苯胺含量較小的復合電極，比容量提高程度有限。有學者[4]采用原位聚合法在碳納米管表面包覆聚苯胺，研究了復合材料的電容性能，但碳納米管價格昂貴，不利于實際應用。

　　我們采用化學氧化法使苯胺在高比表面積活性炭表面原位聚合，制備了聚苯胺質量含量較高的聚苯胺/活性炭復合材料(PANI/C)，提高了聚苯胺的含量。并以PANI/C為正極材料，活性炭為負極材料，1 mol/L H2SO4溶液為電解液組裝了聚苯胺復合材料混合型電容器，測試表明該混合型電容器性能良好。

　　1實驗

　　1.1主要實驗原料

　　苯胺：分析純，使用前在氮氣氣氛下減壓蒸餾。過硫酸銨：分析純。以上二者均來白天津市科密歐化學試劑研究中心。鹽酸，硫酸：分析純，哈爾濱市化工試劑廠。活性炭購自福

　　州益環碳素有限公司。乙炔黑產自日本。實驗用水均為二次蒸餾水。

　　1.2 聚苯胺/活性炭復合材料的制備及組成計算

　　將質量比1：1的苯胺和活性炭加入一定量1 mol/L的鹽酸溶液中，超聲震蕩30 min以上使苯胺在活性炭表面均勻吸附。在不斷攪拌的同時向此懸濁液通人氮氣30 min以除去

　　溶液中溶解的氧氣，然后在氮氣保護下將過硫酸銨的鹽酸溶液緩慢滴人，于20℃下反應6 h。將反應產物抽濾洗滌，用0.1 mol/L鹽酸溶液和丙酮交替洗滌至濾液無色，然后用蒸餾水沖洗至pH=7。濾餅在60℃下真空干燥12 h后，在瑪瑙研缽中研磨，得到聚苯胺/活性炭復合材料(PANI/C)。

　　PANI/C中PANI的質量分數及PANI的產率按文獻[5]的方法計算：

　　S=(m1-m2)/m1 (1)

　　P=(m1-m2)/m3 (2)

　　式中：S為PANI的質量分數;P為復合材料中PANI的產率;m1為制得的復合材料的質量;m2為加入的活性炭的質量;m3為加入的苯胺的質量。按公式(1)計算出復合材料中PANI的質量分數為46.4%。按公式(2)計算出PANI的產率為86.7%，略高于本實驗室在相同條件下制備純PANI的產率，與文獻[5]中的情況一致。

　　1.3 電極的制作及電容器的組裝

　　將PANI/C與乙炔黑按質量比85：10混合，用無水乙醇分散，在攪拌下緩慢加入質量分數為60%的聚四氟乙烯乳液，在80℃恒溫水浴中加熱破乳，調制成漿料，聚四氟乙烯在混合物中的質量分數為5%。待漿料達到一定粘度后，在輥軋機上將其軋制成膜。裁出1 cm