通过电化学方法在泡沫镍基底上电沉积MnO2，然后在其表面原位电聚合导电高分子PEDOT-PSS，形成复合结构材料，并研究不同聚合时间包覆的导电高分子层对复合电极电化学性能的影响。采用拉曼光谱、扫描电镜和透射电子显微镜观察制备的复合材料电极的表面形貌与结构。通过电化学测试结果表明，电聚合10 s得到的PEDOT-PSS包覆的MnO2复合材料(P-MnO2-2)的比容量最高(346.5 F/g)，是MnO2电极(179.1 F/g)的1.9倍，在6 A/g大电流密度下仍具有223.5 F/g的比容量，且循环稳定性比较好。最后使用KOH凝胶固态电解液，组装成柔性对称型固态超级电容器点亮一个LED灯。

文章目录及图文导读

1 实验材料和方法

1.1 实验材料

1.2 电沉积MnO2@NF

1.3 电聚合PEDOT-PSS/MnO2@NF

1.4 对称型固态超级电容器的组装

1.5 材料表征和电化学测试

2 实验结果与讨论

2.1 电极的微观结构与形貌

图1 P-MnO2-2的拉曼谱图

图2 PEDOT-PSS/MnO2@NF复合材料电极的SEM图。(a～b)MnO2;(c～d)P-MnO2-1;(e～f)P-MnO2-2

图3 P-MnO2-2电极的Ni、O、C、Mn、S Mapping元素分布图

图4 P-MnO2-2电极的EDS能谱图

图5 PEDOT-PSS/MnO2@NF复合材料电极的TEM图。(a～b)MnO2;(c～d)P-MnO2-2

图6 PEDOT-PSS/MnO2@NF复合材料电极的电化学性能图。(a)MnO2与P-MnO2在扫描速率为5 mV/s时的循环伏安曲线;(b)MnO2与P-MnO2在扫描速率为100 mV/s时的循环伏安曲线;(c)MnO2与P-MnO2在电流密度为 0.5 A/g时的充放电曲线;(d)MnO2与P-MnO2的倍率性能;(e)P-MnO2-2的循环稳定性

图7 (a)PEDOT-PSS/MnO2@NF复合材料电极的交流阻抗谱图;(b)局部放大图

图8 P-MnO2-2复合材料做成柔性固态超级电容器器件的实物点灯展示

3 结论

实验结果表明，电聚合时间为10 s时得到的P-MnO2-2极片表面形貌是由纳米针棒相互交错形成的多孔结构组成，具有最高的电化学活性。在0.5 A/g电流密度下，P-MnO2-2复合材料的比容量为346.5 F/g，在6 A/g大电流密度下仍具有223.5 F/g的比容量;其循环稳定性也相对较好，以4 A/g电流密度下循环5000周，库仑效率维持在97%以上，说明制备MnO2与PEDOT-PSS复合材料能有效提高复合电极的电化学性能表现。控制外包覆导电高分子的厚度，利用金属氧化物与导电高分子的协同作用，达到电极材料最佳的性能，是后续研究的重点。此外，采用P-MnO2-2极片组装柔性固态对称超级电容器，并且可以成功地点亮小LED灯，表明赝电容材料在微型便携式器件中具有很好的实用化前景。