聚苯胺／碳复合材料在混合型电容器中的应用

　　根据结构及电极反应的不同，超级电容器可分为对称型电容器和非对称型电容器。非对称型电容器，又叫混合型电容器，这种电容器的正负极材料不同或者电极反应不同。混合型电容器的性能表现更接近于蓄电池，与传统的对称型电容器相比，具有更高的比容量和比能量。同时这类电容器又有着超级电容器的诸多优点，如比功率大，循环寿命长，工作温度范围广，免维护等，因此在移动通讯，信息技术，交通运输等领域有着广阔的应用前景。

　　导电聚苯胺(PANI)材料利用质子在聚合物链上的掺杂/去掺杂反应储存电荷和能量。聚苯胺作为超级电容器电极材料的研究吸引了大量学者[1-3]，因为它不仅性能优异，且合成方法简单，原料价廉易得，化学和环境稳定性好。聚苯胺材料的比容量可达700 F/g左右，因此有研究者在碳电极表面电化学沉积聚苯胺薄膜，希望借此提高电极整体性能，但这种方法只能制备出聚苯胺含量较小的复合电极，比容量提高程度有限。有学者[4]采用原位聚合法在碳纳米管表面包覆聚苯胺，研究了复合材料的电容性能，但碳纳米管价格昂贵，不利于实际应用。

　　我们采用化学氧化法使苯胺在高比表面积活性炭表面原位聚合，制备了聚苯胺质量含量较高的聚苯胺/活性炭复合材料(PANI/C)，提高了聚苯胺的含量。并以PANI/C为正极材料，活性炭为负极材料，1 mol/L H2SO4溶液为电解液组装了聚苯胺复合材料混合型电容器，测试表明该混合型电容器性能良好。

　　1实验

　　1.1主要实验原料

　　苯胺：分析纯，使用前在氮气气氛下减压蒸馏。过硫酸铵：分析纯。以上二者均来白天津市科密欧化学试剂研究中心。盐酸，硫酸：分析纯，哈尔滨市化工试剂厂。活性炭购自福

　　州益环碳素有限公司。乙炔黑产自日本。实验用水均为二次蒸馏水。

　　1.2 聚苯胺/活性炭复合材料的制备及组成计算

　　将质量比1：1的苯胺和活性炭加入一定量1 mol/L的盐酸溶液中，超声震荡30 min以上使苯胺在活性炭表面均匀吸附。在不断搅拌的同时向此悬浊液通人氮气30 min以除去

　　溶液中溶解的氧气，然后在氮气保护下将过硫酸铵的盐酸溶液缓慢滴人，于20℃下反应6 h。将反应产物抽滤洗涤，用0.1 mol/L盐酸溶液和丙酮交替洗涤至滤液无色，然后用蒸馏水冲洗至pH=7。滤饼在60℃下真空干燥12 h后，在玛瑙研钵中研磨，得到聚苯胺/活性炭复合材料(PANI/C)。

　　PANI/C中PANI的质量分数及PANI的产率按文献[5]的方法计算：

　　S=(m1-m2)/m1 (1)

　　P=(m1-m2)/m3 (2)

　　式中：S为PANI的质量分数;P为复合材料中PANI的产率;m1为制得的复合材料的质量;m2为加入的活性炭的质量;m3为加入的苯胺的质量。按公式(1)计算出复合材料中PANI的质量分数为46.4%。按公式(2)计算出PANI的产率为86.7%，略高于本实验室在相同条件下制备纯PANI的产率，与文献[5]中的情况一致。

　　1.3 电极的制作及电容器的组装

　　将PANI/C与乙炔黑按质量比85：10混合，用无水乙醇分散，在搅拌下缓慢加入质量分数为60%的聚四氟乙烯乳液，在80℃恒温水浴中加热破乳，调制成浆料，聚四氟乙烯在混合物中的质量分数为5%。待浆料达到一定粘度后，在辊轧机上将其轧制成膜。裁出1 cm