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合肥师范学院刘健课题组以缬氨酸、硫酸、乙酸钠和L-苯丙氨酸为掺杂酸，分别制备了聚苯胺的纳米片、纳米颗粒、纳米网和纳米花的三维结构。具有三维纳米多孔结构的导电聚苯胺因其优异的电性能和独特的结构，不仅大大提高了电荷转移效率，降低了内阻，而且提高了电极材料的循环稳定性和储能能力。掺杂L-苯丙氨酸（PANI-NF）的聚苯胺纳米花的最大比电容为580 F g-1（I=0.5 A g-1），最大能量密度为53.9 Wh kg-1，同时在高电流密度下具有优异的循环稳定性。
图1. (a) 聚苯胺纳米片；(b)聚苯胺纳米颗粒；(c)聚苯胺纳米网；(d)聚苯胺纳米花扫描电镜图片，右上角内插图为相应样品透射电镜照片。 采用质子酸掺杂可以提高聚苯胺基电极材料的电导率和结晶度，从而提高电极材料的比电容，增强循环稳定性。聚苯胺花状纳米材料在两电极系统和三电极系统中均表现出良好的储能和循环稳定性。采用该材料组装的对称电极的超级电容器具有较高的功率密度（242.9 W kg-1）、能量密度（53.9 Wh kg-1）。 图2. 在三电极系统中测试四组样品的(a)充放电测试曲线（0.5 A g-1电流密度）；(b)充放电测试曲线（5 A g-1电流密度）；(c)循环伏安测试曲线（100 mv s-1扫速）；(d)循环伏安测试曲线（5 mv s-1扫速）；(e)电流-电压测试曲线；(f)Niquist 交流阻抗曲线。 图3. 四组样品材料的能量密度，功率密度测试曲线图。 由聚苯胺纳米花组装的对称电极超级电容器充电10秒后，可使LED灯泡连续工作600秒以上。该电极材料优异的比电容性能为设计和制造大功率、高能、稳定的聚苯胺超级电容器提供了新的方案。 图4. 花状聚苯胺纳米材料制备流程及组装测试示意图 论文信息 Proton Acid Doped Superior Capacitive Performances of Pseudocapacitance Electrodes for Energy Storage Dr. Jian Liu, Prof. Xiaohang Ma, Prof. Zhenfa Zi ChemElectroChem DOI: 10.1002/celc.202200082
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