本发明专利技术属于超级电容器电极材料领域，公开了一种导电聚合物/过渡金属氧化物柔性电极材料制备方法。阴离子掺杂剂作为改性剂提高了导电聚合物的电化学性能，将疏水碳布用酸性溶液在高温下活化一段时间后转变为亲水碳布，作为装载活性物质的柔性基底。采用电化学聚合法将两种或几种活性电极材料生长在柔性碳布表面，最后用去离子水清洗，鼓风干燥获得干净的电极材料。本发明专利技术可以得到具有优异电化学性能的电极材料，导电性好，比电容高，循环稳定性能突出，柔韧性良好。且电极材料纯度高，制备方法简单，成本低，工艺流程短，对环境影响小，满足高性能超级电容器柔性电极材料的需求。性能超级电容器柔性电极材料的需求。性能超级电容器柔性电极材料的需求。
【技术实现步骤摘要】
一种基于电化学制备导电聚合物和过渡金属氧化物电极材料的方法
[0001]本专利技术属于电极材料制备
，尤其涉及一种电化学法制备导电聚合物和过渡金属氧化物用于超级电容器电极材料。
技术介绍
[0002]随着现代科技的发展，可穿戴电子设备正在快速的进入人们的生活。高性能柔性储能器件的潜在市场价值将越来越突出。超级电容器作为一种新型的电能存储器件，因其能量密度高于传统的平行板电容器，功率密度和使用寿命优于常见的锂离子电池等优点，受到了广大科研人员的关注。导电聚合物因其高功率、长寿命、大容量、稳定可靠，以及对环境无污染等优异性能被广泛用于电容器的电极材料，但较差的循环稳定性限制了导电聚合物的实际应用。过渡金属氧化物可以应用于超级电容器的电极材料因其容量高，成本低，资源丰富，环境友好等特点，但导电性能差及在酸性电解液中不稳定等特性也影响了其应用。
[0003]发展到今天，制备电极材料的方法化学聚合法和电化学聚合法。其中，电化学聚合法具有反应条件简单，易于控制，产物纯度高等特点。将导电聚合物和过渡金属氧化物通过电化学法直接在导电基材上制备成复合材料作为电极材料，通过两种材料的协同作用，提高复合材料的比电容和稳定性能，从而提升电极材料的电化学性能。为了使导电聚合物与过渡金属氧化物充分复合在一起，在电化学聚合过程中，将两种物质的单体充分混合在电解液中。同时使用阴离子掺杂剂对导电聚合物的电化学性能进行了改善，电解液中的阴离子以对阴离子的形式进入聚合物主链。聚合物的导电性能与其分子链的共轭程度有关，掺杂进聚合物的对阴离子越多，聚合物的共轭程度越高，性能越好。本专利技术制备方法简单，所制备的导电聚合物/过渡金属氧化物稳定性好，储存简单，电化学性能优异，能够成为超级电容器的电极材料。
技术实现思路
[0004]一种超级电容器柔性电极材料的制备方法，其特征在于步骤如下：
[0005]步骤1：导电基材的预处理：在反应容器中，将浓硫酸与浓硝酸以2:1的体积比混合制备90mL酸性溶液，将碳布置于酸性溶液中 100℃下回流2
‑
5h，然后用蒸馏水与乙醇清洗数遍，烘干备用；
[0006]步骤2：将5
‑
20mmol导电聚合物单体A与20
‑
50mmol过渡金属氧化物原料B加入至30mL的0.1
‑
5M的酸性溶液C中搅拌均匀；
[0007]步骤3：将10
‑
50mmol阴离子掺杂剂D加入到上述溶液中搅拌均匀作为电化学聚合溶液；
[0008]步骤4：采用三电极装置，将1
×
1cm的活化碳布作为工作电极，通过电化学聚合法，在0.8
‑
1.4V电压下聚合60
‑
600s；
[0009]步骤5：将聚合完成的碳布/导电聚合物
‑
过渡金属氧化物材料用乙醇和水分别清
洗数遍，放入干燥机中于60
‑
100℃下鼓风干燥5
‑
10h，获得复合电极材料；
[0010]进一步，所述导电聚合物单体A为苯胺、吡咯、噻吩、对苯二胺、吡啶、吲哚、对苯、EDOT中的一种或多种混合而成。
[0011]所述过渡金属氧化物原料B为水合硫酸锰、高锰酸钾、氯化钌、氯化铁、六水硝酸镍、六水硝酸钴中的一种或多种混合而成。
[0012]所述的酸性溶液C为盐酸、硫酸、水杨酸、苯甲酸、柠檬酸、硼酸、磷酸、咖啡酸、草酸、抗坏血酸、磷钼酸中的一种或多种混合而成。
[0013]所述的阴离子掺杂剂D为高氯酸锂、高氯酸钠、高氯酸钾、十二烷基苯磺酸钠、仲烷基磺酸钠、脂肪酸钠中的一种或多种混合而成。
[0014]本专利技术的有益效果：一种基于电化学法制备导电聚合物和过渡金属氧化物电极材料的方法。将活化碳布作为装载活性物质的基底，通过电化学聚合法将导电聚合物与过渡金属氧化物复合在碳布表面，通过阴离子掺杂提到电极材料的电化学性能。本专利技术制备方法简单，制备的电极材料纯度高，具有优异的电化学性能。同时具有良好的循环稳定性，是一种柔性储能器件的候选电极材料。
附图说明
[0015]摘要附图：本专利技术通过电化学法制备的导电聚合物和过渡金属氧化物电极材料的流程图。
[0016]图1：本专利技术制备的聚苯胺
‑
二氧化锰的SEM图片。
[0017]图2：本专利技术制备的聚苯胺
‑
二氧化锰的XRD图片。
[0018]图3：本专利技术制备的聚苯胺
‑
二氧化锰的拉曼图片。
[0019]图4：本专利技术制备的聚苯胺
‑
二氧化锰的XPS图片。
[0020]图5：本专利技术制备的聚苯胺
‑
二氧化锰电化学性能图片。
[0021]图6：本专利技术制备的基于聚苯胺
‑
二氧化锰的器件电性能图片。
[0022]图7：不同条件得到的电极材料的电容值与电压区间，及组成的超级电容器的循环稳定性能对比。
[0023]图8：实施例1与现有技术数据对比。
具体实施方式
[0024]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，根据实验参数及其性能比较，结合以下实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0025]下面结合附图对本专利技术的应用原理作详细的描述。
[0026]实施例1：
[0027](1)：导电基材的预处理：在反应容器中，将浓硫酸与浓硝酸以 2:1的体积比混合制备90mL酸性溶液，将碳布置于酸性溶液中100℃下回流2h，然后用蒸馏水与乙醇清洗数遍，烘干备用；
[0028](2)：将10mmol苯胺单体与30mmol水合硫酸锰加入至30mL 的3M的硫酸溶液中搅拌均匀；
[0029](3)：将20mmol高氯酸锂加入到上述溶液中搅拌均匀作为电化学聚合溶液；
[0030](4)：采用三电极装置，将1
×
1cm的活化碳布作为工作电极，通过电化学聚合法，在1.0V电压下聚合100s；
[0031](5)：将聚合完成的碳布/导电聚合物
‑
过渡金属氧化物材料用乙醇和水分别清洗数遍，放入干燥机中于80℃下鼓风干燥5h，获得复合电极材料。
[0032]实施例2：
[0033](1)：导电基材的预处理：在反应容器中，将浓硫酸与浓硝酸以 2:1的体积比混合制备90mL酸性溶液，将碳布置于酸性溶液中100℃下回流3h，然后用蒸馏水与乙醇清洗数遍，烘干备用；
[0034](2)：将2.5mmol苯胺单体、2.5mmol噻吩单体与10mmol水合硫酸锰、10mmol氯化铁加入至30mL的0.5M的硫酸溶液中搅拌均匀；
[0035](3)：将10mmol高氯酸钠加入到上述溶液中搅拌均匀作为电化学聚合溶液；
[0036](4)：采用三电极装置，将1...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种超级电容器柔性电极材料的制备方法，其特征在于步骤如下：
①
导电基材的预处理：在反应容器中，将浓硫酸与浓硝酸以2:1的体积比混合制备90mL酸性溶液，将碳布置于酸性溶液中100℃下回流2
‑
5h，然后用蒸馏水与乙醇清洗数遍，烘干备用。碳布可以提供较高的比表面积用于装载活性电极材料；
②
将5
‑
20mmol导电聚合物单体A与20
‑
50mmol过渡金属氧化物原料B加入至30mL的0.1
‑
5M的酸性溶液C中搅拌均匀。导电聚合物能提高较高的比电容；过渡金属氧化物能提高材料的导电性能，且较大的金属离子嵌入聚合物表面会增大电荷在电极材料于电解液之间相互转换的通道，方便电荷更快的转换；
③
将10
‑
50mmol阴离子掺杂剂D加入到上述溶液中搅拌均匀作为电化学聚合溶液。在阴离子掺杂剂的作用下，阴离子以对阴离子的形式嵌入聚合物主链，会改变聚合物分子主链的共轭程度。共轭程度越高，材料的性能越优异；
④
采用三电极装置，将1
×
1cm的活化碳布作为工作电极，通过电化学聚合法，在0.8
‑
1.4V电压下聚合60
‑
【专利技术属性】
技术研发人员：马勇，魏玉迪，李廷希，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：
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