生物质基多级孔活性炭-聚苯胺复合材料的合成及其电化学储能性能

为制备高性能、低成本的储能器件,本文通过简单的一步原位化学聚合的方法制备了生物质基多级孔活性炭-聚苯胺复合材料(HAC-PANI),并探讨了其在超级电容器(SCs)及锌离子混合超级电容器(ZHSCs)领域的应用.研究结果表明,复合材料中HAC的分级多孔结构和高的比表面积为PANI提供了生长位点,有效减少了PANI的团聚现象,并能促进电化学储能过程中电解质离子的传输,降低界面电荷传递电阻.当HAC与苯胺单体(AN)的质量比为1:2时,PANI纳米颗粒均匀生长在HAC基底上,所得复合电极材料(HAC-2PANI)的电化学储能性能达到最佳,在三电极体系下质量比电容高达415.6 F·g?1(@1 A·g?1).二电极体系下,基于HAC-2PANI的全固态超级电容器(s-HAC-PANI-SC)质量比电容为217.4 F·g?1(@1 A·g?1)、能量密度为26.5 W·h·kg?1、功率密度为1875.0 W·kg?1.由于PANI中赝电容的引入,以HAC-2PANI为阴极、Zn箔为阳极所构建的锌离子混合超级电容器(HAC-PANI-ZHSC)在0.2 A·g?1的电流密度下呈现出高的比容量(91.8 mA·h·g?1)、能量密度(64.3 W·h·kg?1)和功率密度(140.0 W·kg?1),并具有良好的倍率性能和循环稳定性,表明了生物质基活性炭复合材料在高性能、低成本电化学储能器件中潜在的应用前景.