芴类聚合物氧化石墨烯复合材料的制备【字数：13105】
超级电容器作为一种新兴的储能技术，有着绿色环保，功率密度大等特点，为高效稳定地传输能源提供新的选择。而电极材料为制约超级电容器性能的主要因素，本实验制备了含芴类共聚物及其氧化石墨烯复合材料，作为超级电容用电极材料，由电化学工作站表征了复合材料的电化学性能。实验结果表明聚芴(PFO)与氧化石墨烯(GO)复合，显著提升了材料的比电容，其中PFO与GO比例为10:1的复合材料电化学性能最好，比电容达到了34 F/g。芴与噻吩的共聚物与氧化石墨烯制备的复合材料，比电容也得到了进一步提升，相同条件下，共聚物与氧化石墨烯的复合材料电化学性能最好，比电容达到了67.2 F/g。因此，含芴与噻吩共聚物与氧化石墨烯的复合材料是一类很好的超级电容用电极材料。
目录
1前言 1
1.1超级电容器 1
1.1.1超级电容器的工作原理及分类 2
1.1.2超级电容器的特点 2
1.1.3超级电容器的应用 3
1.1.4超级电容器的电极材料 4
1.2氧化石墨烯 5
1.2.1氧化石墨烯的性质 5
1.2.2氧化石墨烯的制备 6
1.3本课题的研究内容和意义 6
2实验部分 7
2.1实验药品和实验设备 7
2.2 芴类聚合物的制备 8
2.2.1聚9,9二辛基芴的制备 8
2.2.2噻吩与芴共聚物的制备 8
2.3 复合材料的制备 8
2.3.1聚9,9二辛基芴/GO复合材料的制备 8
2.3.2噻吩与芴共聚物/GO复合材料的制备 9
2.4电极材料的制备 9
2.4.1原料的准备 9
2.4.2拌浆 10
2.4.3涂电极膜 10
2.5电化学性能测试 10
2.5.1循环伏安测试 11
2.5.2恒电流充放电测试 11
2.5.3交流阻抗测试 12
3结果与讨论 13
3.1 芴类聚合物的表征 13
3.2 聚芴的电化学性能 15
3.2.1聚9，9二辛基芴的电化学 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
性能 15
3.2.2聚9，9二辛基芴与氧化石墨烯复合材料的电化学性能 18
3.3 芴与噻吩共聚物的电化学性能 22
3.4 氧化石墨烯的电化学性能 24
4总结 27
参考文献 28
致谢 30
1前言
1.1超级电容器
时代的发展和科技的进步离不开传统化石能源煤、石油和天然气，但传统的化石能源作为不可再生能源，不仅储量有限，而且在开采和使用过程中会造成大量的污染，破坏人们赖以生存的地球环境。因此，为了满足时代发展和科技进步的需要，氢能和太阳能等可再生清洁能源受到了人们的青睐。随之而来的能量转换和输出成为了人们迫切需要解决的问题，超级电容器作为一种新兴的储能技术，有着绿色环保，功率密度大等特点，为高效稳定地传输能源提供新的选择。
如图1.1所示，超级电容器的性能处于普通电池和电容器之间，和普通电池、燃料电池相比，超级电容器有着更快的充放电速度，但是能量密度比电池低，并且在电池的使用过程中会伴随着环境污染和充放电次数减少等问题，不符合可持续发展的理念。与普通电容器相比，超级电容器电容量增大了，但功率密度有所下降。与此同时超级电容器在开发方面也是最具灵活性的，符合绿色环保的理念，促进了储能技术的研究和发展。
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图1.1 各种储能装置的比较
目前许多国家都展开了对超级电容器的研究，努力提升其性能，拓宽它的使用领域。早在上世纪八十年代，国外就有研究人员开展相关方面的研究。目前随着电动汽车的风靡，超级电容器的应用引起了广泛的关注，目前美国、日本等国家已经实现了超级电容器的初步产业化，尽管如此，超级电容器还有很大的发展空间，我们希望得到一种能量密度和输出功率都比较高的储能元件。
1.1.1超级电容器的工作原理及分类
按照储能机理可以将超级电容器分为三种，双电层电容器(Electric Double Layer Capacitor，EDLC)、法拉第赝电容器（Pseudocapacitor）和混合型电容器。
双电层电容器(Electric Double Layer Capacitor，EDLC)主要有三个代表性模型分别是亥莫霍兹（Helmholtz）模型、古依（Gouy）模型和斯特恩（Stern）模型。接通电源进行充电时，和电源正极相连的电极是正极，和电源负极相连接的是负极，分别存储正负电荷，电解液中的阴阳离子分别移向正负极。达到稳定时形成一个双电层，并且双电层具有一定的稳定性，维持稳定的电压，从而存储能量。放电过程与充电过程相反，双电极之间的平衡被破坏，电层上面附着的阴阳离子重新回到电解液中，待两个电极上的电压达到相等则完成放电过程。双电层电容器有以下三个特点，首先，双电层机理为物理过程，单纯依靠电解液中电荷的迁移，不发生任何氧化还原反应。其次，双电层电容器的电容量取决于电层上面分布的电荷的数量，存储的电荷数量越多，超级电容器的能量密度越大。最后，由于双电层电容器仅发生物理反应，因此在使用时具有极佳的循环稳定性，比电容随循环次数的增加不会衰减过多，延长超级电容器的使用时间。
法拉第赝电容器（Pseudocapacitor）可以发生快速可逆的法拉第过程，通过化学的吸附和脱附、氧化还原反应和导电聚合物的n型、p型掺杂（doping）和去掺杂（undoping）的法拉第过程，可以实现超级电容器的快速充放电。法拉第赝电容器具有如下特点，首先，其充放电过程并不是单纯的物理反应，涉及到了化学变化，因此使电极材料的稳定性变差，随着充放电次数的增加，超级电容器的功率密度和能量密度会衰减。其次，因为氧化还原反应和导电聚合物的掺杂、去掺杂过程可以在材料表面和材料内部同时发生，因此法拉第赝电容器和双电层电容器相比具有更大的比电容和能量密度。
目录
1前言 1
1.1超级电容器 1
1.1.1超级电容器的工作原理及分类 2
1.1.2超级电容器的特点 2
1.1.3超级电容器的应用 3
1.1.4超级电容器的电极材料 4
1.2氧化石墨烯 5
1.2.1氧化石墨烯的性质 5
1.2.2氧化石墨烯的制备 6
1.3本课题的研究内容和意义 6
2实验部分 7
2.1实验药品和实验设备 7
2.2 芴类聚合物的制备 8
2.2.1聚9,9二辛基芴的制备 8
2.2.2噻吩与芴共聚物的制备 8
2.3 复合材料的制备 8
2.3.1聚9,9二辛基芴/GO复合材料的制备 8
2.3.2噻吩与芴共聚物/GO复合材料的制备 9
2.4电极材料的制备 9
2.4.1原料的准备 9
2.4.2拌浆 10
2.4.3涂电极膜 10
2.5电化学性能测试 10
2.5.1循环伏安测试 11
2.5.2恒电流充放电测试 11
2.5.3交流阻抗测试 12
3结果与讨论 13
3.1 芴类聚合物的表征 13
3.2 聚芴的电化学性能 15
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性能 15
3.2.2聚9，9二辛基芴与氧化石墨烯复合材料的电化学性能 18
3.3 芴与噻吩共聚物的电化学性能 22
3.4 氧化石墨烯的电化学性能 24
4总结 27
参考文献 28
致谢 30
1前言
1.1超级电容器
时代的发展和科技的进步离不开传统化石能源煤、石油和天然气，但传统的化石能源作为不可再生能源，不仅储量有限，而且在开采和使用过程中会造成大量的污染，破坏人们赖以生存的地球环境。因此，为了满足时代发展和科技进步的需要，氢能和太阳能等可再生清洁能源受到了人们的青睐。随之而来的能量转换和输出成为了人们迫切需要解决的问题，超级电容器作为一种新兴的储能技术，有着绿色环保，功率密度大等特点，为高效稳定地传输能源提供新的选择。
如图1.1所示，超级电容器的性能处于普通电池和电容器之间，和普通电池、燃料电池相比，超级电容器有着更快的充放电速度，但是能量密度比电池低，并且在电池的使用过程中会伴随着环境污染和充放电次数减少等问题，不符合可持续发展的理念。与普通电容器相比，超级电容器电容量增大了，但功率密度有所下降。与此同时超级电容器在开发方面也是最具灵活性的，符合绿色环保的理念，促进了储能技术的研究和发展。
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图1.1 各种储能装置的比较
目前许多国家都展开了对超级电容器的研究，努力提升其性能，拓宽它的使用领域。早在上世纪八十年代，国外就有研究人员开展相关方面的研究。目前随着电动汽车的风靡，超级电容器的应用引起了广泛的关注，目前美国、日本等国家已经实现了超级电容器的初步产业化，尽管如此，超级电容器还有很大的发展空间，我们希望得到一种能量密度和输出功率都比较高的储能元件。
1.1.1超级电容器的工作原理及分类
按照储能机理可以将超级电容器分为三种，双电层电容器(Electric Double Layer Capacitor，EDLC)、法拉第赝电容器（Pseudocapacitor）和混合型电容器。
双电层电容器(Electric Double Layer Capacitor，EDLC)主要有三个代表性模型分别是亥莫霍兹（Helmholtz）模型、古依（Gouy）模型和斯特恩（Stern）模型。接通电源进行充电时，和电源正极相连的电极是正极，和电源负极相连接的是负极，分别存储正负电荷，电解液中的阴阳离子分别移向正负极。达到稳定时形成一个双电层，并且双电层具有一定的稳定性，维持稳定的电压，从而存储能量。放电过程与充电过程相反，双电极之间的平衡被破坏，电层上面附着的阴阳离子重新回到电解液中，待两个电极上的电压达到相等则完成放电过程。双电层电容器有以下三个特点，首先，双电层机理为物理过程，单纯依靠电解液中电荷的迁移，不发生任何氧化还原反应。其次，双电层电容器的电容量取决于电层上面分布的电荷的数量，存储的电荷数量越多，超级电容器的能量密度越大。最后，由于双电层电容器仅发生物理反应，因此在使用时具有极佳的循环稳定性，比电容随循环次数的增加不会衰减过多，延长超级电容器的使用时间。
法拉第赝电容器（Pseudocapacitor）可以发生快速可逆的法拉第过程，通过化学的吸附和脱附、氧化还原反应和导电聚合物的n型、p型掺杂（doping）和去掺杂（undoping）的法拉第过程，可以实现超级电容器的快速充放电。法拉第赝电容器具有如下特点，首先，其充放电过程并不是单纯的物理反应，涉及到了化学变化，因此使电极材料的稳定性变差，随着充放电次数的增加，超级电容器的功率密度和能量密度会衰减。其次，因为氧化还原反应和导电聚合物的掺杂、去掺杂过程可以在材料表面和材料内部同时发生，因此法拉第赝电容器和双电层电容器相比具有更大的比电容和能量密度。
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