Электродные материалы на основе углеродных наноструктур и полианилина для суперконденсаторов

• Автор: Федоровская, Екатерина Олеговна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 155 с. : ил.

Оглавление

Список сокращений, принятых в рукописи

Введение

Глава 1. Литературный обзор

1Л. Электрохимические конденсаторы

1Л Л. Принцип работы двойнослойных конденсаторов

1Л .2. Принцип работы псевдоконденсаторов

1Л .3. Изготовление и свойства ЭХК

1.2. Углеродные наноматериалы для суперконденсаторов

1.2Л. Углеродные нанотрубки

1.2 Л Л. Применение вакуумной фильтрации для создания электродов из

1.2Л .2. Раскатывание электрода из УНТ с помощью намотанной на ось
проволоки
1.2.1.3. Применение электрофоретическго осаждения для создания
электродов
1.2.1.4. Ориентированные УНТ для электродов суперконденсаторов
1.2.2. Электрохимические свойства графена
1.2.2.1. Химическое осаждение из газовой фазы
1.2.2.2. Химическое восстановление оксидов графита
1.2.2.3. Лазерное восстановление оксидов графита
1.2.3. Композиционные материалы на основе графена
1.2.4. Композиционные материалы на основе графена и УНТ
1.2.4.1. Совместное осаждение УНТ и графена для создания электродов
1.2.4.2. Одностадийный дуговой синтез
1.3. Полианилин
1.3.1. Суперконденсаторы на основе композиционных материалов с ПАНИ.

1.3.1.1. Композиционные материалы на основе УНТ
1.3.1.2. Композиционные материалы для суперконденсаторов на основе
графена

1.4. Заключение к первой главе
Глава 2. Экспериментальная часть
2.1. Исходные реагенты и материалы
2.1.1. Синтез углеродных нанотрубок
2.1.2. Синтез графеновых материалов
2.1.2.1. Расширенный графит из интеркалата графита с бромом
2.1.2.2. Расширенный графит из фторида графита
2.1.3. Синтез ПАНИ и композиционных материалов
2.1.3.1. Влияние окислителя
2.1.3.2. Осаждение ПАНИ на расширенный графит
2.1.3.3. Осаждение ПАНИ на УНТ в процессе химического окисления
2.1.3.4. Электрохимическое осаждение ПАНИ на массивы ориентированных УНТ
2.2. Инструментальные методы исследования
2.2.1. Электронная микроскопия
2.2.2. Измерение удельной площади поверхности
2.2.3. Спектроскопия комбинационного рассеяния света
2.2.4. Инфракрасная спектроскопия
2.2.5. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия
2.2.6. Рентгеновская околокраевая спектроскопия поглощения
2.3. Исследование электрохимических свойств
2.3.1. Принцип циклической вольтамперометрии
2.3.2. Трехэлектродная ячейка
2.3.3. Методика исследования электрохимических свойств
2.3.4. Влияние электролитов на электрохимические свойства материалов.
2.3.5. Способы изготовления электродного материала
2.3.5.1. Пленки из порошкообразных материалов различной толщины
2.3.5.2. Эффективность работы различных слоев электроактивного материала на электроде
2.4. Заключение ко второй главе

Глава 3. Электрохимические свойства графеновых материалов и их композитов с полианилином
3.1 Электрохимические свойства графеновых материалов
3.2 Электрохимические свойства композиционного материала Вг-РГ/ПАНИ .

3.3 Электрохимические свойства композиционного материала Б-РГ/ПАНИ

3.4 Заключение к третьей главе
Глава 4. Электрохимические свойства углеродных нанотрубок и их композитов с полианилином
4.1. Электрохимические свойства массивов вертикально ориентированных УНТ
4.2. Влияние различных форм азота на электрохимические свойства УНТ.
4.3 Композиционные материалы на основе массивов ориентированных УНТ
и химически осажденного полианилина
4.3.1 Влияние пост-синтетической обработки композиционных материалов
4.3.2 Композиционные материалы, синтезированные при окислении
анилина различной концентрации
4.3.3 Электрохимические свойства композиционных материалов
4.4 Композиционные материалы на основе массивов ориентированных УНТ
и электрохимически осажденного полианилина
4.5. Заключение к четвертой главе
Выводы
Список литературы

привело к существенному увеличению стабильности полимера в процессе электрохимического циклирования [153].
Для синтеза композиционных материалов в качестве ЭПП также может быть использован пиррол, который был полимеризован в процессе химического окисления на поверхности расширенного графита, непосредственно добавленного в реакционную смесь. Такие композиционные материалы имеют высокую удельную емкость и могут циклироваться в широком потенциальном окне (до 6В) [154].
Композиционный материал на основе поли(2,5-димеркапто-1,3,4тридиазола), ПАНИ и оксида графита был получен методом химической полимеризации мономеров при химическом окислении с помощью (N114)28208 [143]. Исследование данного материала показало значительное увеличение проводимости материала в сравнении с оксидом графита, а также стабильность в процессе электрохимического циклирования и высокие ёмкости.
1.4. Заключение к первой главе
В обзоре проведено обобщение литературных данных и рассмотрены достижения в области электрохимических свойств углеродных материалов и их композитов с ПАНИ. Из анализа литературных данных следует, что исследования в данной области направлены как на изучение электрохимических свойств новых углеродных наноматериалов и их композитов, так и на изучение общих закономерностей, определяющих электрохимическое поведение как композиционных материалов, так и их отдельных компонентов. Следует отметить, что сложность объекта исследования и огромное многообразие форм углеродных наноструктур приводят к разнообразию полученных результатов и их интерпретаций, нередко противоречащих друг другу.
Так как электрохимические характеристики композиционных материалов
зависят от многих параметров, задача их детального изучения до сих пор
актуальна. Особенно важно уделить внимание использованию новых,
оригинальных углеродных материалов. В настоящей работе для создания
электродных материалов суперконденсатора были использованы РГ, массивы
ориентированных УНТ и композиционные материалы на их основе, методы
синтеза которых разрабатываются в лаборатории физикохимии наноматериалов
ИНХ СО РАН. Экспериментальная часть в рамках написанной диссертации в