导电高分子超级电容器电极性能测试方法研究(5)
1.2.3 聚苯胺在超级电容器电极上的应用与发展
超级电容器作为一种能量储存器件，其性能的衡量指标主要有：比电容量、内阻、能量密度、功率密度等[22]。对聚苯胺电极材料而言，高电极比电容量是其最显著的优点，但限于聚苯胺的结构特点和储能特性，聚苯胺在超级电容器方面的应用也受到了限制，例如：在电极的充放电过程中，在充电结束和放电结束时，聚苯胺电极材料处于全掺杂态和全脱掺杂态，而在这两种状态下，聚苯胺的导电率都很低，这使超容的内阻升高。同时由于在充放电过程发生的是整个体相掺杂的氧化还原反应，掺杂离子的反复嵌入和脱出使得聚苯胺的体积反复膨胀和收缩，这会造成高分子链的破坏，使得聚苯胺电极的比电容量迅速衰减，循环性能变差。同时，由于聚苯胺质子脱掺杂发生在固定的电位范围内，所以聚苯胺的稳定电位窗口较低,从而影响到了能量密度。
为拓展聚苯胺在超级电容器领域的应用，常常采用各种措施改善其结构上的缺陷，例如利用碳和聚苯胺的复合以提高导电率和聚苯胺的分散度，通过Li盐掺杂或者通过与碳电极组装成混合电容器以提高其稳定电位窗口等。
在今后，聚苯胺的发展方向可集中在以下几个方面：通过对合成工艺条件和掺杂剂的优化，可进一步明晰在氧化还原过程中聚苯胺分子链上发生的结构变化；制备出稳定的聚苯胺高分子骨架；在保证聚苯胺电极材料高比容量的同时，改善其循环性能。目前尽管通过将聚苯胺与碳纳米管复合可以在一定程度上改善电极材料的循环性能，但由于碳纳米管本身贡献的容量很小，所以必须以牺牲一定的能量密度为代价。倘若聚苯胺电极材料能达到目前双电层电容器的循环能力，其在超级电容器领域的产业化应用将很快得以实现。
1.3 不同电化学性能测试方法介绍
电化学性能的测试方法有很多，包括交流阻抗法，循环伏安法，恒流充放电法等，本次实验主要使用循环伏安法和恒流充放电法。
1.3.1 恒流充放电法
恒电流充放电法是研究材料电化学性能中非常重要的方法之一。它的基本工作原理是:在横流条件下对被测电极进行充放电操作，记录其电位随时间的变化规律，进而研究电极的充放电性能，计算其实际的比容量。在横流条件下的充放电实验过程中，控制电流的电化学响应信号，当施加电流的控制信号，电位为测量的响应信号，主要研究电位随时间的函数变化的规律。
1.3.2 循环伏安法
循环伏安法(Cyclic Voltammetry)一种常用的电化学研究方法。该法控制电极电势以不同的速率，随时间以三角波形一次或多次反复扫描，电势范围是使电极上能交替发生不同的还原和氧化反应，并记录电流-电势曲线。根据曲线形状可以判断电极反应的可逆程度，中间体、相界吸附或新相形成的可能性，以及偶联化学反应的性质等。常用来测量电极反应参数，判断其控制步骤和反应机理，并观察整个电势扫描范围内可发生哪些反应，及其性质如何。对于一个新的电化学体系，首选的研究方法往往就是循环伏安法，可称之为“电化学的谱图”。本法除了使用汞电极外，还可以用铂、金、玻璃碳、碳纤文微电极以及化学修饰电极等。
循环伏安法原理及应用:如以等腰三角形的脉冲电压加在工作电极上，得到的电流电压曲线包括两个分支，如果前半部分电位向阴极方向扫描，电活性物质在电极上还原，产生还原波，那么后半部分电位向阳极方向扫描时，还原产物又会重新在电极上氧化，产生氧化波。因此一次三角波扫描，完成一个还原和氧化过程的循环，故该法称为循环伏安法，其电流 —电压曲线称为循环伏安图。如果电活性物质可逆性差，则氧化波与还原波的高度就不同，对称性也较差。循环伏安法中电压扫描速度可从每秒钟数毫伏到1伏。工作电极可用悬汞电极，或铂、玻碳、石墨等固体电极。