Ｚｎ－Ｍｎ合金‖泡沫镍负载聚苯胺复合物电池的制备及储能行为研究

曹慧君，徐祥斌，倪斌清

（湖南化工职业技术学院，湖南 株洲 412000）

摘  要：通过预掺杂锂离子及复合碳粉制备了聚苯胺基复合材料PANI-LC，并采用电泳-浇铸复合工艺将其负载于多孔泡沫镍基底，构建了Zn-Mn合金I泡沫镍负载PANI-LC电池系统。考察了真空过滤压力对电极微观结构及电化学行为的影响，发现3000Pa条件下制备的电极具有最优的电容特性与可逆性。电池在乙酸盐电解液中表现出良好的电化学性能，放电电压达1.6V，比容量为142.3mAh/g,60次循环后容量保持率为94.7%，平均库仑效率为90%。

关键词：聚苯胺；泡沫镍；复合电极；预掺杂；电化学性能

聚苯胺（PANI）因其化学稳定性良好、氧化还原可逆性高、电导率高、赝电容性能优异、成本低且环境友好等优点，在导电聚合物中备受关注，常被用作超级电容器、可充电电池及锌阳极电池等储能设备的电极材料。ZI|PANI电池因其环保、易得和合成简便而广受重视，但尚未实现大规模商业化应用，主要问题包括：PANI膜仅表层参与充放电，导致放电电容有限；活性物质负载量低，整体电容不高；为防止库仑效率下降，限制充放电速率，充放电电流密度通常<1mA/cm²。

为解决上述问题，课题组通过在PANI电化学聚合过程中预掺杂锂离子（Li*），制得PANI-L，以抑制泡沫镍基底上PANI阴极的腐蚀和析氢引人碳粉制备复合材料PANI-LC，通过电泳-浇铸复合工艺将其负载于多孔三维镍泡沫基材上。系统比较了电泳与浇铸工艺对材料电化学行为与形貌的影响，并构建了Zn-Mn合金II泡沫镍负载PANI复合材料电池体系，对其放电比容量、平均放电电压及循环性能进行了研究。

1 实验部分

1.1 仪器和试剂

主要设备与仪器：电化学工作站（CHI660A）、甘汞电极、电导率仪（DDSJ-318）、电池测试系统（BTS4000)、扫描电子显微镜（JEOL JSM-636OF,SEM)。主要试剂：苯胺（ANI)、醋酸锂、活性炭粉、N，N-二甲基甲酰胺（DMF）、高氣酸、乙酸、聚乙二醇，均为分析级。

1.2 材料的制备

1.2.1 电化学聚合制备PANI-LC

采用三电极体系（石墨板为工作电极，Pt线为对电极，SCE为参比电极，极间距1.0cm)进行电聚合。石墨电极依次经800、1200、1500目（18.0、12.5、9.89μm)砂纸抛光，再经水-乙醇混合液超声清洗。电解液通氮除氧，其组成为0.5moVLANI、35nm碳粉（导电剂）、25mmol/L芦荟（黏合剂）、0.1mol/L醋酸锂（掺杂剂）及1mol/LHCl。在无搅拌条件下，以1mA/em²恒电流聚合24h，获得PANI-L粉末。反应结束后，刮取粉末，依次用稀HC和蒸馏水洗涤至滤液无色，再经研磨得微米级颗粒，并于80℃真空干燥24h。按上述方法同步制备纯PANI作为对照。为提升正极电活性，将PANI-L与碳粉按10:1质量比混合，制得复合材料PANI-LC。

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