Page 100 - 精细化工2019年第10期

·2066· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 36 卷

和 PANI/CNF40 电极的比电容分别为 309.02、285.64 PANI 电极的循环稳定性较差，充放电循环后比
和 820.31 F/g。复合纳米线的多级空间结构提高了 电容为初始比电容的 72.7%。碳材料电极具有优异
PANI 的利用率，有效增加了 PANI 的赝电容 [34-36] 。 的循环稳定性，CNF 电极的比电容保持率为 98.6%。
CNF 骨架中掺杂的氮可以在充放电过程中产生赝电 PANI/CNF40 电极的比电容保持率为 89.7%。这是由
容。PANI/CNF40 电极在其独特结构和氮掺杂 CNF 于复合纳米线中 CNF 骨架对包覆在外的 PANI 具有
骨架的协同作用下产生了较高的比电容 [37] 。 支撑作用。在反复充放电过程中，碳骨架减缓了
图 13 为 CNF、PANI 和 PANI/CNF40 电极的倍 PANI 分子链发生剧烈的体积变化，避免了聚合物分
率性能测试曲线，电流密度 0.5~20.0 A/g。随着电流 子结构的损坏。CNF 骨架增强了复合纳米线的机械
密度的增加，CNF、PANI 和 PANI/CNF40 电极的比 强度，提高了电化学循环稳定性。
电容均逐渐减小。这是因为，在高电流密度充放电 PANI/CNF 复合纳米线的结构示意图如图 15 所
下，电解质离子来不及充分进入电极材料内部。当 示。PANI/CNF 复合纳米线具有优异电容特性的原
电流密度达到 20.0 A/g 时，PANI/CNF40 电极的比 因主要有：（1）PANI/CNF 的多级空间结构为电解
电容为 632.41 F/g，比电容保留率达 74.8%。与 CNF 液离子的嵌入和脱出提供了快速通道，提高了 PANI
和 PANI 电极相比， PANI/CNF40 电极的比电容衰 的利用率，产生赝电容，CNF 结构中掺杂的氮在充
减缓慢，具有优异的倍率性能。这主要归因于，复 放电过程中产生赝电容，提高了 PANI/ CNF 电极的
合纳米线多级空间结构能使电解液和电极材料充分 比电容；（2）CNF 呈相互交联状，电子在电极内部
接触，导电性良好的 CNF 骨架为电解液离子和电子 可以快速传递，使 PANI/CNF 电极内部无接触电阻，
的快速传输提供了有利条件。 具有高倍率特性；（3）CNF 骨架良好的力学性能，
可以抑制充放电过程中 PANI 聚合物分子链的断裂，
有效提高 PANI/CNF 电极的循环稳定性。

图 13 CNF、PANI 和 PANI/CNF40 电极的比电容随电流

密度变化曲线 图 15 PANI/CNF 复合纳米线的结构示意图
Fig. 13 Specific capacitance obtained from GCD curves Fig. 15 Schematic drawing of the PANI/CNF composite
CNF, PANI and PANI/CNF40 electrodes nanowires

图 14 为 CNF、PANI 和 PANI/CNF40 电极的循环 3 结论
稳定性测试曲线，电流密度 10.0 A/g，循环 2000 次。
（1）本文首先采用原位模板组装法制备了三维
连通的 CNF；然后，采用原位氧化聚合法使 PANI
沿 CNF 骨架包覆生长，制备了具有多级结构的交联
状 PANI/CNF 复合纳米线。
（2）PANI/CNF40 复合纳米线的直径为 200~
250 nm，塔尖状 PANI 包覆层厚度约为 50 nm。作为
电极材料表现出良好的电容特性：1.0 A/g 时，比电
容为 820.31 F/g；电流密度增加到 20.0 A/g，比电容
保留率为 74.8%；2000 次充放电循环后，比电容保

持率达到 89.7%。

图 14 CNF、PANI 和 PANI/CNF40 电极循环稳定性曲线 （3）PANI/CNF 复合纳米线优异的电容特性主
Fig. 14 Cyclic stability of CNF, PANI and PANI/CNF40 electrodes 要归因于其独特的多级空间结构和二元复合活性物