超級電容器複合電極材料的設計合成及性能研究

《超級電容器複合電極材料的設計合成及性能研究》是依託上海交通大學，由王開學擔任項目負責人的專項基金項目。

基本介紹

• 中文名：超級電容器複合電極材料的設計合成及性能研究
• 項目類別：專項基金項目
• 項目負責人：王開學
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

本項目以高性能儲能材料為導向，擬以多孔碳薄膜和納米線陣列作為導電聚合物聚苯胺的載體，開發一種簡單有效的方法直接在集電極上製備超級電容器複合電極材料。電極材料直接生長到集電極上，可以簡化超級電容器電極製備步驟，並能有效降低電容器的內阻。複合材料的多孔碳支架能夠均勻承受聚合物在充放電過程中的應力，保證了電極材料的循環穩定性；將導電聚合物自組裝到多孔碳的孔道中，可以提高多孔碳的導電性，從而改善電極材料的循環穩定性和倍率特性。通過最佳化有序多孔碳薄膜和納米線陣列的製備工藝、聚合物在多孔碳孔道中的自組裝工藝，實現對複合材料的形貌、組成和結構的調控。研究所製備複合材料的充放電容量、充放電特性和循環穩定性；探索複合材料的形貌、組成和結構等因素對超級電容器性能的影響，為開發具有高比電容、高比功率、高比能量和高循環穩定性的超級電容器電極材料提供理論和實踐指導。

結題摘要

本項目以介孔碳納米線陣列為導電聚合物聚苯胺的載體，製備出了聚苯胺/介孔碳納米線複合電極材料，通過最佳化有序多孔碳納米線陣列的製備工藝、聚合物在多孔碳孔道中的自組裝工藝，實現了對複合材料的形貌、組成和結構的調控。聚苯胺/介孔碳納米線複合電極材料的介孔碳支架可以均勻承受聚合物在充放電過程中的應力，保證了電極材料的穩定性，而聚苯胺可以進一步提高複合材料的導電性，從而改善材料的循環穩定性和倍率特性。這一工作為開發具有高性能的超級電容器電極材料提供理論和實踐指導。在本項目的資助下，我們還對無機功能材料的製備及性能開展卓有成效的研究。以晶態鈦醇鹽（TG）為前驅體，通過光碟機動的固相轉化途徑，首次製得了碳摻雜的多孔C-TiO2，其表現出了較高的可見光催化活性；利用同樣的光碟機動方法，製備出了多級結構銳鈦礦二氧化鈦，所製備的二氧化鈦表現出優良的儲鋰性能；我們通過金屬Zn蒸汽與質子化的分子篩反應製備出了Zn+改性的Y型分子篩，可以在較溫和的條件下（350度）將CO2分解成C和O2；通過簡單溶劑熱方法合成出了具有空心和實心球形結構的Pd/Fe3O4磁性納米複合材料，其在常溫常壓催化加氫等反應中的較高催化性能。開發了一種鈉熱法，在較低溫度下製備出了一種具有高比表面積的無定形多孔矽，這種多孔矽表現出很好的電化學電容行為。以上工作共發表SCI收錄論文5篇，申請專利1項，培養博士生1名（在讀）和碩士生2名（畢業1名）。