以聚苯胺納米管摻雜活性炭為負極用于反向混合電容去離子

DOI：10.1016/j.electacta.2020.135920

聚苯胺作為最流行的活性材料之一，由于其優異的氧化還原性能和良好的導電性，在電化學儲能方面顯示出巨大的潛力。活性材料的管狀結構可以局部保留更多的電解質，并促進離子擴散。以電紡磺化聚苯乙烯（PS）納米纖維為模板，通過苯胺的化學聚合反應，制備了不同管徑的聚苯胺納米管（PaniT）。以PaniT為添加劑，制備了活性炭-PaniT（PaniT-AC）復合電極。循環伏安法證明了通過簡便的離子傳輸和PaniT作為局部離子庫的快速離子摻雜/去摻雜對PaniT-AC復合電極具有顯著的電容增強作用。以PaniT-AC為負極，AC為正極（PaniTAC//AC電容器）構建了反向混合電容去離子（i-HCDI）配置。在i-HCDI上實現了極高的脫鹽性能，這歸因于在充電和放電過程中Pani的離子去摻雜/摻雜。去離子能力與PaniT的大小有關。PaniT內徑為20 nm的PaniT-AC//AC的最大去離子容量為30.5 mg/g，遠高于AC//AC電容器（11.0 mg/g）的最大去離子容量。復合電極中PaniT的存在，可作為局部離子緩沖庫，對其優異的去離子能力有很大貢獻。

圖1.分別從10％、15％、20％和30％的PS溶液中靜電紡絲的PS纖維的SEM圖像（A、B、C和D），A’、B’、C’和D’是相應PaniTs的SEM圖像。

圖2.交流電極（A）和PaniT-AC復合電極（B）的SEM圖像。

圖3.（A）PaniT-AC、PaniP-AC和AC電極在1 M NaCl溶液中的CVs（3電極系統，掃描速率為20 mv/s）；（B）不同管徑的PaniT-AC電極在1 M NaCl溶液中的CVs（2電極系統，以AC為對電極，掃描速率為1 mv/s）。（C）不同電極的特定電容保持率隨掃描速率的變化。

圖4.（A）在一個充放電循環中，AC//AC、+PaniT-AC//AC和-PaniT-AC//AC電池的電壓曲線（充電電流密度=50 mA/g，截止電壓=1.8 V）；（B）AC//AC、+PaniT-AC//AC和-PaniT-AC//AC電容器電池的相應去離子容量變化。

圖5.帶有不同負極（純AC、P10-AC、P15-AC，P20-AC和P30-AC）的CDI電池在截止電壓為1.3 V，以20、30、50、60 mA/g充電時的去離子能力。

圖6.（A）+PaniT-AC//AC電池的吸附/解吸容量和（B）吸附/解吸速率與充放電量的關系。

圖7.截止放電電壓為1.3 V的+PaniT-AC//AC電池在放電過程中的循環脫附-吸附測試。