近日，威廉希尔官网白华副教授研究团队采用电化学聚合的方法成功地制备了同时具有高容量和高倍率性能的聚苯胺/化学转化石墨烯（PANI/CCG）复合电极材料。相关成果以“Phase-Separated Polyaniline/Graphene Composite Electrodes for High-Rate Electrochemical Supercapacitors”为题发表在材料学科顶级期刊Advanced Materials上（2015年影响因子为18.96）。论文第一作者为威廉希尔官网硕士研究生巫继峰，白华副教授为通讯作者。
图1.（A）相分离PANI/CMG复合材料的制备方法。（B）复合材料的截面SEM图（伪彩色），绿色为PANI，紫色为CMG。(a)~(c)给出材料不同位置的EDX谱。（C）PANI层的SEM图。（D）材料内部CMG的SEM图。（E）复合材料比电容随充放电电流密度的变化图。（F）复合材料面积比电容与文献报道值的对比图。
电化学超级电容器近年来受到了广泛的关注。超级电容器最重要的特点之一是高功率密度，这就使得超级电容器在电动汽车、电网功率调配等这类需要大电流充放电的场合具有良好的应用前景。聚苯胺是一种研究比较深入的电活性电极材料，具有良好的环境稳定性，高度可逆的掺杂/去掺杂化学反应和较高的赝电容。通过引入石墨烯，聚苯胺的性能可以得到进一步提升，有研究报道PANI/CCG复合材料在1 A/g下电容值可达763 F/g。然而，此类电极复合材料的倍率性能通常较差，其容量随充放电电流密度的提高迅速下降。
白华课题组对PANI/CCG的结构和性能做了分析，指出复合材料的倍率性能不理想的一个可能因素是其微观结构没有得到合理的优化。该课题组重新对复合材料的微结构进行设计，突破传统复合电极材料追求均匀复合的桎梏，提出了多孔PANI富集于多孔CCG的外表面的相分离电极结构。这种相分离结构有效避免了聚苯胺阻塞CCG中的狭缝状孔道，有利于电解质的扩散，因此能显著改善PANI/CCG复合材料的倍率性能。同时，聚苯胺自身的高电导率保证了电荷收集效率。制得的具有相分离结构的电极材料在高达27.3 A/g（305 mA/cm2）的电流密度下容量依然高达783 F/g（8773 mF/cm2），远超文献中报道的其他同类材料的性能。这种新的电极结构也将对设计其他基于石墨烯的电极材料有重要的参考意义。
论文链接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201601153/full
