苯胺和苯醌的非均相聚合物使石墨烯基超级电容器具有高能量密度
苯胺和苯醌的非均相聚合物使石墨烯基超级电容器具有高能量密度
浙江理工大学在超级电容器领域取得重要突破，成功设计合成了一种新型异质聚合物polyAHQDME，并将其应用于石墨烯基超级电容器中。这种新材料不仅显著提高了石墨烯的比电容，还在水性和有机电解质中实现了高能量密度，为超级电容器在储能领域的应用开辟了新途径。
1. 成果简介
聚苯胺和苯醌具有强大的电化学活性和可逆性，被广泛用于提高石墨烯电极材料的比电容和相应超级电容器器件的能量密度。受这些报道的启发，浙江理工大学在《Journal of Energy Storage》期刊发表论文，研究设计并合成了一种同时含有苯胺单元和苯醌单元的新型异质聚合物（polyAHQDME），并最终将其接枝到还原型氧化石墨烯（rGO）框架上。
不出所料，具有氧化还原活性的 polyAHQDME 改性剂使 rGO 具有 685.4 F g-1 的超高比电容，是纯rGO 的五倍。当分别在准固态水溶液和有机电解质中组装成对称双电极器件时，其关键能量密度参数分别高达21.6和100.6Wh kg-1，优于最近报道的大多数改性碳电极材料。
2. 图文导读
图1.polyAHQDME-rGO材料的合成概述。
图2.结构和形态特征
图3.原型三电极电池中水性电解质的电化学性质
图4.polyAHQDME-rGO-5在水性对称超级电容器中的电化学性质
图5.polyAHQDME-rGO-5在有机对称超级电容器中的电化学性质.
3. 小结
在这项工作中，我们首次设计并合成了一种氧化还原活性聚合物，其中包含聚苯胺骨架和苯醌单元。这种独特的聚合物改性剂具有出色的电化学特性，能在水性电解质和宽电压有机电解质中实现具有极高比电容的劣质 rGO。对于最终组装的对称双电极装置，在准固态 PVA/H2SO4 膜电解质中的能量密度为 21.6 Wh Kg-1，而在有机体系中的能量密度则高达 100.6 Wh Kg-1。如此惊人的高能量密度使超级电容器有望作为储能和供能设备应用于更广泛的领域。