摘要
近年来，电化学电容器作为一种新的能量储存装置已被广泛研究，因为其具有着更优的能量密度、充放电时间短以及循环稳定性。在现阶段，电化学电容器的研究核心仍然是高性能电极材料的制备。但目前仍存在较差的电导率以及离子间较低的传输速度、晶粒易于堆叠会造成小的活性面积和孔隙密度，这使许多电极材料的本征电容无法得到充分的利用。聚噻吩(Polythiophene)因其优异的氧化还原性能、高导电性和环境稳定性而被用于电化学电容器应用，但因其易于团聚和堆积，通过与二维材料复合可以得到性能更加优越的电极材料。为此，MXene被广为研究，在电化学电容器方面来说，由于MXene独特的亲水性和金属导电性的结合，MXene作为二维的材料，也是一种很有前途的候选材料。此外，聚合物链的嵌入将减轻MXene层间的再堆积，并通过防止它们与氧接触来提高稳定性。而且，与MXene形成复合材料不仅可以增加电导率，而且可以避免重复充放电过程中膨胀和收缩引起的结构塌陷。因此，其比电容需要进一步提高。 针对上面表述作为电化学电容器电极材料时所存在的问题，本论文进行了一些研究工作，取得了以下成果： (1)活化碳布的过程中增加碳表面含氧基团的关键步骤，极大地提高了材料的润湿性，对提高碳布的电化学性能起着重要的作用。同时，通过简单可控的电化学法在高锰酸钾活化的碳布(ACC)上进行电化学沉积聚噻吩，从而进一步提高了材料的导电性，进而提高聚噻吩的电化学性能。随着现代社会的快速发展，对柔性储能设备的开发势在必行。少层甚至单层的MXene纳米片被直接在ACC@PTh上成膜，制备了新型ACC@PTh/MXene电极材料。负载量为3mg·cm-2时，制备的电极在30mV·s-1的电流密度下具有224.88F·g-1的比电容。经高锰酸钾活化后的碳布比表面积增大，含氧官能团明显增加，亲水性显著增强。MXene纳米片在高锰酸钾活化的碳布成膜后，提高了碳布的导电率、电子传输效率和离子扩散速度，从而使得ACC@PTh/MXene新型材料的电性能显著增强。 (2)为了减少基底材料对复合电极材料的影响，利用真空辅助过滤的方法合成了一种自支撑的MXene/PTh复合材料，将MXene与带电的聚噻吩(PTh)混合，以生产聚合物/MXene复合材料。结果表明，该复合材料是柔性的，聚合物在MXene片间的插入和限制既提高了复合材料的柔性，又提高了复合材料的柔韧性能，而且以MXene纳米片为聚噻吩粒子提供了分散、结合、导电和柔性基底的综合功能；同时，聚噻吩粒子不仅作为高赝电容材料，还作为层间导电柱撑组分，用于减少MXene堆积，使电子和离子能够传输，从而获得优异的协同效应。研究结果表明，所获得的PTh/M-3复合材料的电容性能最高，PTh/M-3电容量最高为265.96F·g-1。经过500次循环后，其相对于容量仍具有91.5%的保持率，且具有良好的循环稳定性。
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