Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка содержащих полианилин композитов на основе углеродных тканей для использования в качестве электродных материалов суперконденсаторов

ФИО: Семушин К.А.

Направление: Современные материалы и технологии их создания (У.М.Н.И.К.)

Научный руководитель: к.ф.-м.н., доц. Кречетов И.С., к.х.н., доц. Стаханова С.В.

Институт: Институт новых материалов и нанотехнологий

Кафедра: Кафедра Физической химии

Академическая группа: НМ-10-2

Одним из методов повышения удельных ёмкостных и энергетических характеристик суперконденсаторов (СК) является введение в их электродные структуры веществ, способных к обратимым окислительно-восстановительным переходам в диапазоне потенциалов работы СК, что приводит к развитию «псевдоемкости». Для этой цели используют в том числе проводящие полимеры (полианилин, полипиррол, политиофены), среди которых наиболее перспективным является полианилин (ПАНИ), характеризующийся высокими значениями удельной ёмкости, а также коммерческой доступностью исходного мономера. Вместе с тем практическое использование ПАНИ в промышленно выпускаемых СК ограничено недостаточной стабильностью его ёмкостных характеристик при длительном циклировании из-за деградации полимера, а также на несколько порядков более низкой по сравнению с углеродными материалами электропроводностью, что, в свою очередь, приводит к снижению КПД СК. Одним из способов улучшения эксплуатационных характеристик является создание композитов углеродные материалы-ПАНИ.

Целью данной работы была разработка методов получения и изучение электрохимического поведения содержащих ПАНИ композитов на основе углеродной ткани типа Бусофит производства ОАО »Светлогорск-Химволокно» (Беларусь). Композиты получали методом химической окислительной полимеризации ПАНИ из мономера в присутствии углеродной ткани, а также путем электрополимеризации ПАНИ на поверхности углеродной ткани. Исследование композитов различного состава показало, что независимо от метода получения оптимальные эксплуатационные характеристики демонстрируют композиты с массовой долей ПАНИ 23–25 %. Такие композиты характеризуются значениями удельной ёмкости 250-270 Ф/г, 6-8 Ф/см2 и КПД по энергии выше 85%. Отмечена хорошая стабильность композитов при циклировании: после 1000 циклов заряда-разряда ёмкость композитов снижается не более чем на 15 %.

Показано, что ёмкостные характеристики композитов углеродная ткань-ПАНИ определяется не только их составом, но и морфологией. Наиболее высокой ёмкостью обладают композиты, в которых ПАНИ образует на поверхности углеродных волокон равномерные, тонкие, проницаемые для электролита слои, не блокирующие собственную пористость углеродного волокна. Достижению оптимальной морфологии композитов способствует предварительная функционализация поверхности углеродной ткани путем её химического или электрохимического травления, термообработки ткани, а также выбор соответствующих кинетических параметров полимеризации.

Таким образом, модификация углеродных тканей ПАНИ позволяет увеличить их удельную ёмкость до 2–2,5 раз. Разработанные методики являются универсальными и могут быть применены для получения содержащих ПАНИ композитов на основе широкого круга углеродных тканей и войлоков.