聚苯胺/纳米纤维素/碳布柔性超级电容器电极的制备开题报告

全文总字数：1524字

1. 研究目的与意义

研究目的：制备出聚苯胺、纳米纤维素并将以上两者与碳布进行复合制得聚苯胺/纳米纤维素/碳布柔性超级电容器电极，对其性能进行分析和表征。

研究意义：超级电容器是一种新型储能装置，它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。超级电容器因其克服了传统电容器耗能高、性能差等缺点引起世界各国的广泛研究与开发。目前，电极材料是超级电容器的研究的重点之一，而碳布作为可穿戴电子设备的基材、聚苯胺等新型高性能材料也是超级电容器电极材料研究的热点之一。此外，我国浙江盛产毛竹，以竹粉为原料制备纳米纤维素符合当今社会提倡的绿色经济的目标。因此，本实验有望制备出电化学性能良好、柔性可弯曲的超级电容器电极材料，为制备可穿戴设备奠定一定的基础。

2. 国内外研究现状分析

（1）超级电容器是一种介于普通电容器和化学电池之间的储能器件，兼具两者的优点，如功率密度高、能量密度高、循环寿命长、可快速充放电，并具有瞬时大电流放电和对环境无污染等特性。它涉及材料、能源、化学、电子器件等多个学科，成为交叉学科研究的热点之一。

（2）碳布具有良好的导电性和柔性，是可穿戴电子设备基底材料的备选之一，已有不少研究者以碳布作为基材，制备出柔性电极材料。将导电聚合物与碳布复合，不仅可以提高聚合物的结构性能，也可以提高循环过程的稳定性。

（3）聚苯胺是导电聚合物的一种，是常用的超级电容器电极材料之一。其储能原理为氧化还原反应所产生的赝电容，电容值远远高于碳材料所能产生的电容值。chuang yang 等人利用原位聚合法，制备出聚苯胺/碳纳米管/纳米纤维素气凝胶电极，具有良好的电化学性能。敖肖笛等人利用纳米碳纤维为模板，以不同催化剂制备了包裹聚苯胺的碳纤维电极材料，其电化学性能优异。

3. 研究的基本内容与计划

（1）以60目毛竹竹粉为原料，通过化学法与机械处理制备纳米纤维素，通过傅里叶红外分析仪分析纳米纤维素元素成分，通过扫描电镜分析纤维素的微观形态；

（2）使用过硫酸铵作为氧化剂，在酸性条件下用化学氧化聚合的方法合成聚苯胺，并对其进行元素成分分析；

（3）购买达到实验级别无需进一步提纯的碳布;

4. 研究创新点

（1）由于可穿戴电子设备的兴起，碳布作为电极基底材料的研究越来越多，由于其具有良好的导电性、柔性和可折叠性，与导电聚合物复合可以制备出电化学性能良好的超级电容器电极。

（2）目前研究出的电极材料往往电容值较小，聚苯胺具有环境稳定性好、导电性能优、易于合成且合成成本低等优点，有望制备性能更加优良的柔性超级电容器电极材料。

（3）纤维素作为电极的基底材料被研究的还较少，纳米纤维素具有非常优异的力学性能，用于电极材料中，可以进一步提升其弯曲折叠性能，为制备可穿戴电子设备奠定基础。