圖2 (a)透明超級電容器結(jié)構(gòu)示意圖及(b)光學(xué)照片;(c)不同厚度碳納米管薄膜組裝的超級電容器的透光率，柔性透明碳納米管薄膜超級電容器(50 nm)(d)不同掃描速率下的CV曲線;(e)恒電流充放電曲線;(f)比電容隨充放電次數(shù)的變化。
圖3 (a)超薄碳納米管/聚苯胺異質(zhì)結(jié)構(gòu)薄膜的光學(xué)照片;(b)SEM圖像和(c)TEM圖像;(d)柔性透明碳納米管超級電容器的示意圖及光學(xué)照片;(e)沉積聚苯胺不同時(shí)間碳納米管/聚苯胺薄膜超級電容器電極的質(zhì)量比電容。
碳納米管薄膜具有高導(dǎo)電性和多孔結(jié)構(gòu)，可以直接作為超級電容器的電極材料，但是由于碳納米管薄膜中的碳納米管一般是以管束的形式存在，管束內(nèi)部空隙尺寸在0.4 nm以下，電解液離子根本無法進(jìn)入管束內(nèi)部的空隙，因此管束內(nèi)部碳納米管的表面對雙電層電容沒有貢獻(xiàn)，致使其有效比表面積大大減小，比電容較小。在碳納米管表面包覆導(dǎo)電聚合物，引進(jìn)贗電容是提高碳納米管電極比電容的一種有效途徑。但是低電導(dǎo)率導(dǎo)電聚合物的加入導(dǎo)致碳納米管/導(dǎo)電聚合物異質(zhì)結(jié)構(gòu)電極的導(dǎo)電率與碳納米管相比會(huì)嚴(yán)重下降，影響超級電容器的功率密度。如何在利用導(dǎo)電聚合物提高能量密度的同時(shí)不降低超級電容器功率密度，是目前碳納米管/導(dǎo)電聚合物異質(zhì)電極制備的一個(gè)難題。他們以直接生長的自支撐碳納米管薄膜作為模板，利用電沉積的方法成功制備出了“骨架/皮膚”型的碳納米管/聚苯胺異質(zhì)結(jié)構(gòu)薄膜。在這種異質(zhì)結(jié)構(gòu)薄膜中，聚苯胺均勻包覆碳納米管薄膜中的碳管管束，碳管管束仍然保持良好的連續(xù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，形成新的“骨架/皮膚”型碳納米管/聚苯胺異質(zhì)連續(xù)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，確保異質(zhì)結(jié)構(gòu)薄膜具有高導(dǎo)電性。此結(jié)構(gòu)既充分發(fā)揮了碳納米管的高導(dǎo)電性，又發(fā)揮了導(dǎo)電聚合物贗電容的優(yōu)勢。獨(dú)立無支撐的碳納米管/聚苯胺異質(zhì)結(jié)構(gòu)薄膜具有非常好的力學(xué)性質(zhì)，可以作為柔性超級電容器電極。與直接生長的碳納米管薄膜電極相比，基于碳納米管/聚苯胺異質(zhì)結(jié)構(gòu)薄膜的超級電容器電極的比電容提高了近一個(gè)數(shù)量級，并且在提高電極電流密度的同時(shí)，也保證其具有較高的功率密度。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在Energy & Environmental Science(2012, 5, 8726)上，被編輯部選為Hot Paper進(jìn)行了介紹，Chemistry World也以Skeleton and skin strategy improves supercapacitor為題進(jìn)行了專門報(bào)道。
以上工作得到了國家自然科學(xué)基金委、科技部、中國科學(xué)院和北京市教委項(xiàng)目的支持。
