图3 (a)超薄碳纳米管/聚苯胺异质结构薄膜的光学照片;(b)SEM图像和(c)TEM图像;(d)柔性透明碳纳米管超级电容器的示意图及光学照片;(e)沉积聚苯胺不同时间碳纳米管/聚苯胺薄膜超级电容器电极的质量比电容。
碳纳米管薄膜具有高导电性和多孔结构，可以直接作为超级电容器的电极材料，但是由于碳纳米管薄膜中的碳纳米管一般是以管束的形式存在，管束内部空隙尺寸在0.4 nm以下，电解液离子根本无法进入管束内部的空隙，因此管束内部碳纳米管的表面对双电层电容没有贡献，致使其有效比表面积大大减小，比电容较小。在碳纳米管表面包覆导电聚合物，引进赝电容是提高碳纳米管电极比电容的一种有效途径。但是低电导率导电聚合物的加入导致碳纳米管/导电聚合物异质结构电极的导电率与碳纳米管相比会严重下降，影响超级电容器的功率密度。如何在利用导电聚合物提高能量密度的同时不降低超级电容器功率密度，是目前碳纳米管/导电聚合物异质电极制备的一个难题。他们以直接生长的自支撑碳纳米管薄膜作为模板，利用电沉积的方法成功制备出了“骨架/皮肤”型的碳纳米管/聚苯胺异质结构薄膜。在这种异质结构薄膜中，聚苯胺均匀包覆碳纳米管薄膜中的碳管管束，碳管管束仍然保持良好的连续网络结构，形成新的“骨架/皮肤”型碳纳米管/聚苯胺异质连续网格结构，确保异质结构薄膜具有高导电性。此结构既充分发挥了碳纳米管的高导电性，又发挥了导电聚合物赝电容的优势。独立无支撑的碳纳米管/聚苯胺异质结构薄膜具有非常好的力学性质，可以作为柔性超级电容器电极。与直接生长的碳纳米管薄膜电极相比，基于碳纳米管/聚苯胺异质结构薄膜的超级电容器电极的比电容提高了近一个数量级，并且在提高电极电流密度的同时，也保证其具有较高的功率密度。相关研究结果发表在Energy & Environmental Science(2012, 5, 8726)上，被编辑部选为Hot Paper进行了介绍，Chemistry World也以Skeleton and skin strategy improves supercapacitor为题进行了专门报道。
以上工作得到了国家自然科学基金委、科技部、中国科学院和北京市教委项目的支持。
