一种有机/无机复合超级电容器电极材料及其制备方法技术

一种有机/无机复合超级电容器电极材料的制备方法，步骤如下：将倍半硅氧烷类化合物分散在酸性水溶液中，在机械搅拌和超声波并用的混合方式下分散。再加入导电高分子类化合物的前驱体，在机械搅拌和超声波并用方式下继续分散均匀。将氧化剂分散在酸性水溶液，冷藏后，逐滴加入导电高分子类化合物的前驱体和倍半硅氧烷混合溶液中，继续在机械搅拌和超声波并用的混合方式下分散。反应结束后，将混合液依次用水和无水乙醇洗至滤液无色，真空干燥后得到有机/无机复合超级电容器电极材料。本发明专利技术得到的有机/无机复合超级电容器电极材料具有成本低廉、工艺简单、结构规整、导电性良好、循环稳定性好、热稳定性优异等优点，具有良好的工业应用前景。

Organic / inorganic composite supercapacitor electrode material and preparation method thereof

Step one kind of organic / inorganic composite super capacitor electrode material preparation method is as follows: the silsesquioxane compounds dispersed in acidic aqueous solution, mixed in mechanical stirring and ultrasonic and the dispersion. The precursor of the conductive polymer compound is added, and the structure is continuously dispersed evenly under the mechanical agitation and the ultrasonic wave. The oxidizing agent is dispersed in acidic aqueous solution, after cold storage, silsesquioxane precursor and mixed solution by dropwise addition of conductive polymer compounds, in mechanical stirring and ultrasonic and mixed mode dispersion. At the end of the reaction, the mixed liquid is washed by water and anhydrous ethanol to the filtrate without color. After vacuum drying, the organic / inorganic composite supercapacitor electrode material is obtained. The organic / inorganic composite supercapacitor electrode material has the advantages of low cost, simple process, regular structure, good conductivity, good cycle stability, excellent thermal stability and other advantages, has good prospects for industrial applications.

【技术实现步骤摘要】
一种有机/无机复合超级电容器电极材料及其制备方法
本专利技术涉及超级电容器的电极材料的制备领域，尤其涉及一种有机/无机复合超级电容器电极材料及其制备方法。
技术介绍
进入21世纪后，传统的化石能源已经无法满足人口增长所需，人类的生存和社会的可持续发展因为能源问题将面临着巨大的挑战。因此，寻找并发展可持续能源的任务已迫在眉睫。目前，可持续能源包括太阳能、风能、潮汐能和地热能等，但是这些能源转化为电能都存在波动性和间歇性的问题，超级电容器作为一种新型的储能装置，在新能源的发展中显示了强大的应用前景。电极材料是超级电容器的核心配件，需具备高比能、长循环寿命和高功率等特点。常见电极材料可分为：碳材料、过渡金属氧化物和导电高分子。导电高分子，如聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩等因合成容易、价格低廉和环境友好等特点，引起广泛关注。但是导电高分子作为电极材料，主要是存在循环寿命短和能量密度低等缺点，而限制其实现工业化应用。为了提高导电高分子的循环寿命和能量密度，常会将纳米粒子引入到导电高分子中，形成复合电极材料。因纳米粒子具有大的比表面积，可提高电极材料与电解液的接触面积，有利于离子的嵌入和脱出，提高充放电的效率。倍半硅氧烷类化合物是一种有机/无机杂化材料，集有机和无机材料优异性能于一体。将其与导电高分子复合，可得到电化学性能优和热稳定性好的复合电极材料。
技术实现思路
专利技术目的：本专利涉及的方法是一种有机/无机复合超级电容器电极材料及其制备方法。有机/无机复合超级电容器电极材料为导电高分子类化合物和倍半硅氧烷类化合物的复合体；复合电极材料的形貌为表面附有纳米粒子的纳米纤维层级结构，纳米粒子的粒径为1～3nm，纳米纤维的长度为300～800nm，纳米纤维的直径为50～80nm。技术方案：为了实现上述目的，本专利技术涉及一种有机/无机复合超级电容器电极材料及其制备方法，该方法包括如下步骤：(1)将倍半硅氧烷类化合物分散在0.05～2mol/L的酸性水溶液中，在机械搅拌和超声波并用的混合方式分散0.5～2h，倍半硅氧烷类化合物的浓度为0.01～1wt％；(2)向步骤(1)的混合溶液中加入导电高分子类化合物的前驱体，在机械搅拌和超声波并用的混合方式分散0.5～2h，然后置于冰水浴中，保持温度为0～4℃，冷藏0.5～2h，导电高分子类化合物的前驱体浓度为0.05～0.5mol/L；(3)将氧化剂分散在0.05～2mol/L的酸性水溶液中，0～4℃下冷藏0.5～2h，氧化剂的浓度为0.05～0.5mol/L；(4)在机械搅拌和超声波并用的条件下，将步骤(3)的混合溶液逐滴加入到步骤(2)的混合溶液中，保持温度为0～4℃，反应时间为0.5～2h；(5)待步骤(4)的反应结束后，将混合液依次用水和无水乙醇洗至滤液无色，真空干燥后得到有机/无机复合超级电容器电极材料。步骤(1)和(3)中所述的酸性水溶液为盐酸、硫酸、高氯酸或十二烷基磺酸的水溶液。步骤(1)中所述的倍半硅氧烷类化合物为氨基倍半硅氧烷、羧基倍半硅氧烷、磺酸基倍半硅氧烷。步骤(2)中所述的导电高分子类化合物为聚苯胺、聚噻吩和聚吡咯及其衍生物。步骤(1)、(2)及(4)中所述的机械搅拌转速为200～400rpm，超声波频率为30～50kHz。步骤(3)中所述的氧化剂为过硫酸铵、过硫酸钾和过氧化氢。本专利技术的优点在于：本专利技术得到的有机/无机复合超级电容器电极材料具有成本低廉、工艺简单、结构规整、导电性良好、循环稳定性好、热稳定性优异等优点，具有良好的工业应用前景。附图说明图1为实施例1聚苯胺/胺基倍半硅氧烷(PANI/POSS-NH2)复合电极材料的电镜照片。图2为实施例1聚苯胺/胺基倍半硅氧烷(PANI/POSS-NH2)复合电极材料与纯聚苯胺(PANI)电极材料在100mV/s扫描速度的循环伏安曲线，其中横坐标为电位，纵坐标为电流。具体实施方式实施例1：(1)将胺基倍半硅氧烷分散在50mL1mol/L的盐酸水溶液中，其浓度为0.02wt％，超声分散0.5h，超声频率为40kHz；(2)将苯胺加入上述胺基倍半硅氧烷的盐酸溶液中，单体浓度为0.5mol/L，机械搅拌和超声波并用的方式下分散0.5h，搅拌速度为300rpm，超声频率为40kHz；(3)将过硫酸铵分散在50mL1mol/L的盐酸水溶液中，0℃下冷藏0.5h，其浓度为0.5mol/L；(4)将苯胺的混合溶液置于冰水浴中，保持温度为0℃0.5h，在搅拌速度为300rpm机械搅拌和超声频率为40kHz超声波并用的方式下，逐滴冷藏后的过硫酸铵的混合溶液，保持温度为0℃；(5)过硫酸铵混合溶液滴加完毕后，在搅拌速度为300rpm机械搅拌和超声频率为40kHz超声波并用的方式下，反应时间为1h。反应结束后，将混合液依次用水和无水乙醇洗至滤液无色，真空干燥24h后，温度为40℃。即得到聚苯胺/胺基倍半硅氧烷复合电极材料。实施例2：(1)将胺基倍半硅氧烷分散在50mL1mol/L的盐酸水溶液中，其浓度为0.04wt％，超声分散0.5h，超声频率为40kHz；(2)将苯胺加入上述胺基倍半硅氧烷的盐酸溶液中，单体浓度为0.5mol/L，机械搅拌和超声波并用的方式下分散0.5h，搅拌速度为300rpm，超声频率为40kHz；(3)将过硫酸铵分散在50mL1mol/L的盐酸水溶液中，0℃下冷藏0.5h，其浓度为0.5mol/L；(4)将苯胺的混合溶液置于冰水浴中，保持温度为0℃0.5h，在搅拌速度为300rpm机械搅拌和超声频率为40kHz超声波并用的方式下，逐滴冷藏后的过硫酸铵的混合溶液，保持温度为0℃；(5)过硫酸铵混合溶液滴加完毕后，在搅拌速度为300rpm机械搅拌和超声频率为40kHz超声波并用的方式下，反应时间为1h。反应结束后，将混合液依次用水和无水乙醇洗至滤液无色，真空干燥24h后，温度为40℃。即得到聚苯胺/胺基倍半硅氧烷复合电极材料。实施例3：(1)将胺基倍半硅氧烷分散在50mL1mol/L的盐酸水溶液中，其浓度为0.06wt％，超声分散0.5h，超声频率为40kHz；(2)将苯胺加入上述胺基倍半硅氧烷的盐酸溶液中，单体浓度为0.5mol/L，机械搅拌和超声波并用的方式下分散0.5h，搅拌速度为300rpm，超声频率为40kHz；(3)将过硫酸铵分散在50mL1mol/L的盐酸水溶液中，0℃下冷藏0.5h，其浓度为0.5mol/L；(4)将苯胺的混合溶液置于冰水浴中，保持温度为0℃0.5h，在搅拌速度为300rpm机械搅拌和超声频率为40kHz超声波并用的方式下，逐滴冷藏后的过硫酸铵的混合溶液，保持温度为0℃；(5)过硫酸铵混合溶液滴加完毕后，在搅拌速度为300rpm机械搅拌和超声频率为40kHz超声波并用的方式下，反应时间为1h。反应结束后，将混合液依次用水和无水乙醇洗至滤液无色，真空干燥24h后，温度为40℃。即得到聚苯胺/胺基倍半硅氧烷复合电极材料。以上所述仅为本专利技术的交叉实例而已，并不用以限制本专利技术，对本领域技术人员来说很显然可以做很多的改进，凡在本专利技术的精神和原则之内，所做的任何修改、同等替换、改进等，均应包含在本专利技术保护的范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有机/无机复合超级电容器电极材料，其特征在于：有机/无机复合超级电容器电极材料为导电高分子类化合物和倍半硅氧烷类化合物的复合体；复合电极材料的形貌为表面附有纳米粒子的纳米纤维层级结构，纳米粒子的粒径为1～3nm，纳米纤维的长度为300～800nm，纳米纤维的直径为50～80nm。

【技术特征摘要】
1.一种有机/无机复合超级电容器电极材料，其特征在于：有机/无机复合超级电容器电极材料为导电高分子类化合物和倍半硅氧烷类化合物的复合体；复合电极材料的形貌为表面附有纳米粒子的纳米纤维层级结构，纳米粒子的粒径为1～3nm，纳米纤维的长度为300～800nm，纳米纤维的直径为50～80nm。2.一种制备如权利要求1所述一种有机/无机复合超级电容器电极材料，其特征是，包括以下步骤：(1)将倍半硅氧烷类化合物分散在0.05～2mol/L的酸性水溶液中，在机械搅拌和超声波并用的混合方式分散0.5～2h，倍半硅氧烷类化合物的浓度为0.01～1wt％；(2)向步骤(1)的混合溶液中加入导电高分子类化合物的前驱体，在机械搅拌和超声波并用的混合方式分散0.5～2h，然后置于冰水浴中，保持温度为0～4℃，冷藏0.5～2h，导电高分子类化合物的前驱体浓度为0.05～0.5mol/L；(3)将氧化剂分散在0.05～2mol/L的酸性水溶液中，0～4℃下冷藏0.5～2h，氧化剂的浓度为0.05～0.5mo...

【专利技术属性】
技术研发人员：石刚，李培培，倪才华，李赢，王大伟，桑欣欣，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32