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MnO2氧化法制备超级电容器用聚苯胺及其复合电极材料
摘要：
超级电容器由于其高功率密度、高能量密度、长寿命等优点，已成为最具有发展潜力的储能装置之一。聚苯胺材料是一种性能优良的超级电容器电极材料，而其复合电极材料具有更好的性能。本文将介绍MnO2氧化法制备聚苯胺及其复合电极材料的研究进展及其应用。
关键词：超级电容器、聚苯胺、复合电极、MnO2氧化法
1、介绍
超级电容器(Supercapacitor)又称电化学电容器(ElectrochemicalCapacitor)，是一种电化学储能器件。其与传统储能装置相比具有功率密度大、长寿命、快速充放电等优点，因此被广泛应用于新能源、移动电子设备、电动汽车等领域[1]。
聚苯胺(PANI)作为一种高性能、廉价的电极材料，被认为是最有发展潜力的超级电容器电极材料之一[2]。但是，PANI在其纯形态下电化学稳定性不够，导致其电容量较低。因此，研究人员通过复合多种材料来提高其性能，例如复合石墨烯、活性炭、MnO2等材料[3,4]，并在此基础上设计制备出各种复合电极材料。
本文将介绍MnO2氧化法制备聚苯胺及其复合电极材料的研究进展及其应用。
2、MnO2氧化法制备聚苯胺
MnO2氧化法是一种较为简单、直接的制备聚苯胺的方法。其步骤为：
首先，在环氧乙烷(EthyleneOxide,EO)溶液中，将苯胺、硫酸氢(硫酸)反应，生成聚苯胺前体物。
NH2C6H5+nHSO4→[C6H4NH2]n+nHSO4-
然后，在聚苯胺前体物中加入高浓度的MnO2，与前体物反应，生成聚苯胺。
[C6H4NH2]n+nMnO2→[C6H4N=]n+nMnO(OH)2
此时，聚苯胺中的氧化锰物质可以通过加入过量的酸溶解去除。
此种方法制备的聚苯胺具有电容量大、比表面积高、良好的循环性能等优点。
3、MnO2氧化法制备聚苯胺复合电极材料
MnO2作为一种锂离子电池材料，具有高比容量、优异的循环性能、良好的稳定性等性质。因此，其被广泛地应用于复合电极材料的制备中。
例1：聚苯胺/Manganesedioxide(简称PANI/MnO2)复合材料
聚苯胺/MnO2复合材料由于其高比表面积和优异的电化学性能，具有良好的应用前景。制备方法通常为将MnO2纳米颗粒和聚苯胺单体共存于溶液中，通过表面接触等作用，MnO2颗粒被嵌入到聚苯胺分子链之中，从而得到复合材料。
MnO2/PANI复合材料其电容量较高，以多孔结构为电极时，其电容量可达到816F/g。文献[5]中报道了通过PANI/MnO2复合材料作为电极材料制备的超级电容器，在高电流下仍能稳定工作。
例2：聚苯胺/Tindioxide(简称PANI/SnO2)复合材料
PANI/SnO2复合材料由于其高比表面积，良好的导电性和优异的电化学性能，具有广泛的应用前景，例如在电容器、电化学催化、新型太阳能电池等方向的应用。文献[6]中报道，将SnO2和PANI二聚体反应，形成PANI/SnO2复合材料，可以有效地提高电容量和电导率。
4、结论
MnO2氧化法制备出的聚苯胺具有电容量大，比表面积高，良好的循环性能等优点。以及MnO2作为复合电极材料，可以提高电容量和电导率等电化学性能。PANI/MnO2和PANI/SnO2复合材料在电容器、电化学催化、太阳能电池等领域的应用也已得到广泛验证。这些研究将为超级电容器的设计和应用提供更好的材料基础。