圖2 (a)透明超級電容器結構示意圖及(b)光學照片;(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的變化。
圖3 (a)超薄碳納米管/聚苯胺異質結構薄膜的光學照片;(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照片;(e)沉積聚苯胺不同時間碳納米管/聚苯胺薄膜超級電容器電極的質量比電容。
碳納米管薄膜具有高導電性和多孔結構，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，管束內部空隙尺寸在0.4 nm以下，電解液離子根本無法進入管束內部的空隙，因此管束內部碳納米管的表面對雙電層電容沒有貢獻，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電聚合物，引進贗電容是提高碳納米管電極比電容的一種有效途徑。但是低電導率導電聚合物的加入導致碳納米管/導電聚合物異質結構電極的導電率與碳納米管相比會嚴重下降，影響超級電容器的功率密度。如何在利用導電聚合物提高能量密度的同時不降低超級電容器功率密度，是目前碳納米管/導電聚合物異質電極制備的一個難題。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/聚苯胺異質結構薄膜。在這種異質結構薄膜中，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網絡結構，形成新的“骨架/皮膚”型碳納米管/聚苯胺異質連續網格結構，確保異質結構薄膜具有高導電性。此結構既充分發揮了碳納米管的高導電性，又發揮了導電聚合物贗電容的優勢。獨立無支撐的碳納米管/聚苯胺異質結構薄膜具有非常好的力學性質，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/聚苯胺異質結構薄膜的超級電容器電極的比電容提高了近一個數量級，并且在提高電極電流密度的同時，也保證其具有較高的功率密度。相關研究結果發表在Energy & Environmental Science(2012, 5, 8726)上，被編輯部選為Hot Paper進行了介紹，Chemistry World也以Skeleton and skin strategy improves supercapacitor為題進行了專門報道。
以上工作得到了國家自然科學基金委、科技部、中國科學院和北京市教委項目的支持。
