导电聚合物超级电容器.ppt

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1、,导电聚合物超级电容器,乘风破浪会有时,直挂云帆济沧海,什么是导电聚合物？,导电聚合物又称导电高分子，是指通过掺杂等手段，能使得电导率在半导体和导体范围内的聚合物。通常指本征导电聚合物，这一类聚合物主链上含有交替的单键和双键，从而形成了大的共轭体系。电子的流动产生了导电的可能性。导电聚合物(聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩),五 说教学过程,在一种材料(基质)中，掺入少量其他元素或化合物，以使材料(基质)产生特定的电学、磁学和光学性能，从而具有实际应用价值或特定用途的过程称为掺杂。,掺杂？,导电聚合物的结构和电导特性,导电聚合物结构的最突出特点是共轭聚合物链结构和共轭链的p 型(空穴)掺杂和n 型(电子

2、)掺杂特性。共轭聚合物的本征态处于半导态或绝缘态,p 型或n 型掺杂后转变为导电态。导电聚合物的p 型掺杂是其主链失去电子同时伴随对阴离子的嵌入,n 型掺杂是其主链得到电子同时伴随对阳离子的嵌入,对离子的嵌入使导电聚合物整体上呈现电中性。,导电聚合物材料的特点,导电聚合物材料制备的超级电容器具有成本低、容量高、充放电时间短、环境友好和安全性高等优点，不仅具有较高的电导率，而且具有光导电性质、非线性光学性质、发光和磁性能等，它的柔韧性好，生产成本低，能效高。工业生产和军工方面具有广阔的应用前景，而且在日常生活和民用方面都具有极大的应用价值。导电聚合物具有掺杂和脱掺杂特性、较高的室温电导率、较大的

3、比表面积和比重轻等特点，因此可以用于可充放电的二次电池和电极材料。制出高输出大容量的锂聚合物二次电池，与普通的铅蓄电池相比，这种二次电池具有能量密度高、转换效率高和便于管理等特点。,四 教法和学法,什么是超级电容器？,超级电容器，又叫双电层电容器、黄金电容、法拉电容。它与普通电容的最大区别是它是一种电化学的物理部件，但本身并不进行化学反应，超级电容的储电量特别大，达到法拉级的电容量。（还有一大类是法拉第准电容，但是化学储能，所以储能可以深入到电极内部，而且高度可逆，储能比双层电容器高，但是功率密度低。,什么是导电聚合物超级电容器？,以导电聚合物(聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩)等作为电容器电极材料，制

4、备的超级电容器.成本低、容量高、充放电时间短、环境友好和安全性高等优点,制作方法,基本方法是在LiClO4溶液中放入两个(CH)x 电极分别作为正、负极，施加直流电，正极上进行（1）式反应、负极上进行（2）式反应的同时聚合物被掺杂形成p型和n型半导体，（1）和（2）式的反应相当于充电过程，两极间形成电压，电荷储存于聚合物内，产生很大的法拉第准电容；（3）式是全反应式。放电过程即是（1）、（2）或（3）的逆反应，聚合物成为去掺杂状态。(CH)x+xy(ClO4-)(CH)+y(ClO4-)yx+xye-(1)(CH)x+xyLi+xye-(CH)-y(Li+)yx(2)2(CH)x+xy(Li+

5、)(ClO4-)(CH)-y(ClO4-)yx+(Li+)y(CH)-yx(3)J C Carlberg 用Poly(3，4-ethylenedioxythiophene)（缩写为PEDOT）制备薄膜作为超电容器的电极7，电解液用0.1 mol的LiClO4，组PEDOT/PEDOT聚合物超电容器,聚合物高温热解硬碳制备电极的超电容器,硬碳材料（Hard carbon）是特殊聚合物在高温条件下的热解产物，即使在2 800温度下也难以石墨化的材料、PAS)、PPP等。硬碳材料的结构与石墨的层状结构完全不同，硬碳是单碳原子层无序的彼此紧密结合。聚合物原有的碳环结构并没有因高温热解而分解，虽然部分聚

6、合物已经碳化，但整个聚合物原有结构存在的大分子链的交联和缠绕使热解产物保持了聚合物原有的特征。这种单原子层和无序不规则并掺杂有氢原子的结构，赋予了硬碳材料许多特殊性能，储存电荷的能力特别强 PAS(Polyacenes)系列材料正是介于高分子和碳素材料之间、以(C2H)x 和(C3H)x为代表的高聚物，分子周围的氢原子有很重要的作用，使PAS发挥出特有的物性。日本京都大学研制的PAS是将酚醛树脂交联并在500700 高温下进行热反应制备而成（图2）。代表性的PAS原子数比R(HC)为0.20.4，其中R(HC)为0.150.30范围的材料能得到高容量。,普通蓄电池与超电容器电性能比较,具有高的

7、能量密度、较长的循环使用，寿命长、环境友好可以广泛应用于交通、移动通信、信息技术、航空航天和国防科技等领域。随着对超级电容器电极材料和器件结构的深入研究超级电容器的电极材料可分为三类:多孔碳材料(活性炭、碳纤维、碳纳米管等)，金属氧化物(RuO2、IrO2等)以及导电聚合物(聚苯胺，聚吡咯、聚噻吩及其衍生物）,应用,图样展示,聚合物超级电容行车记录仪,展望,超级电容器的出现，缓解了能源系统中功率密度与能量密度之间的矛盾。因具有高的功率密度、较长的循环使用寿命、充放电速度快、环境友好和安全性高等优势，超级电容器的开发将会在世界范围内越来越受到重视，其应用也将会渗入到日常的生产、生活中。导电聚合物作为一种新型的电容器电极材料，具有成本低、高比容、较短的充放电时间等优点。虽然研究工作起步较晚，却已成为了研究的焦点。导电聚合物不仅可以单独制备成高比容量的电极材料，而且还可以利用有机-无机材料间的协同作用，得到性能更佳的复合电极。无论研究单纯的导电聚合物还是其复合物，导电聚合物均会在发展电容性能更好的超级电容器中起到不可替代的作用。,谢谢,