一种用于超级电容器的柔性聚苯胺基碳材复合电极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于超级电容器的柔性聚苯胺基碳材复合电极材料及其制备方法。所述复合电极材料，包括柔性含碳基材料以及均匀沉积在所述柔性含碳基表面的聚苯胺纳米线。所述制备方法包含以下步骤：（1）将导电碳布裁剪成1厘米

【技术实现步骤摘要】
一种用于超级电容器的柔性聚苯胺基碳材复合电极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种用于超级电容器的复合电极材料及其制备方法，属于超级电容器类的新能源材料。

技术介绍

[0002]在众多电极材料中，碳材料因其具有高的比表面积、导电性、化学稳定性和廉价易得等特点脱颖而出。碳材料可以提供高功率密度和优异的循环稳定性。文献“M. Sevilla，R. Mokaya，Energy storage applications of activated carbons: supercapacitors and hydrogen storage，Energy Environ. Sci. 7 (2014) 1250
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1280.”详细介绍了活性炭超级电容器和储氢的储能应用。考虑到柔韧性和拉伸性时，碳布的多孔结构为加载活性材料提供了丰富的支持，并且由于其亲水性，有利于电活性材料的快速吸收。这导致活性材料的比质量载荷高得多，因此比功率和能量密度更高。
[0003]聚苯胺是一种典型的导电聚合物，由于在充放电过程中，氧化还原反应发生在聚苯胺的整个体相，因而它能够表现出优越的理论比电容和电流密度，从而被广泛用于超级电容器的电极材料。然而聚苯胺电极具有较低的循环稳定性，因为在反复充放电过程中，由于阴离子或阳离子被掺杂或未掺杂到导电聚合物中导致的相应体积变化，如骨架的膨胀、断裂或收缩，可能导致机械降解，使链断裂。在重复的循环过程中，同样伴随着电导率的降低，比电容在高速率下衰减，导致相对较差的倍率性能。实验比电容远低于理论值，因为在实际条件下，反应不传播到散装材料和只有几纳米聚苯胺材料的表层是利用氧化还原反应，因此内层的电极不能充分利用。
[0004]公布号CN104350606B的专利公布了一种碳纳米材料基柔性超级电容器电极材料及其制备方法。该专利以八氨基苯基笼形倍半硅氧烷功能化的碳纳米材料、苯胺单体、氧化剂和两种酸溶液为基础制备了一种新型的电极材料，该电极材料的电子以及离子传输能力较强，力学强度较强。与公布号CN104350606B的专利不同的是，本专利技术专利采用的是优质的碳纤维布和聚苯胺复合，在硫酸溶液中进行循环伏安法聚合，通过调控扫描速率和扫描圈数进行精细化处理，最后经过低温热处理得到一种用于超级电容器的柔性聚苯胺基碳材复合电极材料。本专利技术专利制备的碳基材料充放电性能优异，具有良好的对称性和线性斜率，循环稳定性能优异。
[0005]西安建筑科技大学蔡艳芝教授课题组公布了一种碳纳米管/聚苯胺纸基气凝胶复合电极材料，形貌优异，性能突出。纸厚度为10~30微米，直径为100~140毫米。本专利技术专利与蔡艳芝教授研究课题不同之处在于，采用优质处理过的碳纤维布为基底，通过循环伏安法通过精准调控扫描速率和扫描圈数最后通过低温热处理得到了一种导电率极高的碳基材料，该柔性碳基材料的碳骨架直径为5~7 微米，表面光滑，导电率高。聚苯胺纳米线的平均直径为30~60 纳米。
[0006]文献“牛丽丽等. 碳纳米管/苯乙烯
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丁二烯
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苯乙烯/聚苯胺复合电极材料的制备
与电化学性能研究. 人工晶体学报，2020年10月，第49卷第10期
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公布了一种以硫酸铵为引发剂，植酸为掺杂酸，在溶液中原位聚合合成了碳纳米管/苯乙烯
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丁二烯
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苯乙烯/聚苯胺复合电极材料，该电极材料具有良好的比电容和循环倍率性能。与之不同的是，本专利技术专利采用的是优质的碳纤维布和硫酸进行循环伏安法聚合，通过调控扫描速率和扫描圈数进行精细化处理，最后经过低温热处理得到一种用于超级电容器的柔性聚苯胺基碳材复合电极材料。本专利技术专利制备的碳基材料充放电性能优异，具有良好对称性和线性斜率，循环稳定性能优异。
[0007]辽宁科技大学路金林教授课题组公布了一种通过利用界面聚合法和化学氧化原位聚合法制备的聚苯胺/还原氧化石墨烯超级电容器正极材料，该电极材料化学性能优异。与之不同的是，本专利技术专利的材料采用的复合材料不同：电极由优质的碳纤维布和聚苯胺复合而成。本专利技术专利选择的工艺为：在硫酸进行循环伏安法聚合，通过调控扫描速率和扫描圈数进行精细化处理，最后经过低温热处理得到一种用于超级电容器的柔性聚苯胺基碳材复合电极材料。本专利技术专利制备的碳基材料充放电性能优异，循环稳定性能优异。
[0008]上海工程技术大学郝惠莲教授课题组公布了一种采用稀释原位法以过硫酸胺为氧化剂、盐酸、硫酸和高氯酸为掺杂剂合成的导电聚苯胺电极材料，该电极材料化学性能优异。与之不同的是，本专利技术专利采用的复合工艺为：增加优质的碳纤维布为基底，与聚苯胺复合，在硫酸进行循环伏安法聚合，通过调控扫描速率和扫描圈数进行精细化处理，最后经过低温热处理得到一种用于超级电容器的柔性聚苯胺基碳材复合电极材料。本专利技术专利制备的碳基材料充放电性能优异，循环稳定性能优异。
[0009]山东科技大学王延敏教授课题组公布了一种导电聚苯胺及其复合物超级电容器电极材料。实验通过简易的乳液聚合法直接制备了十二烷基苯磺酸掺杂聚苯胺电极材料，研究了不同苯胺浓度对所制备的超级电容器电极材料的影响，该电极材料化学性能优异。与之不同的是，本专利技术专利采用的是优质的碳纤维布和聚苯胺复合，在硫酸进行循环伏安法聚合，最后经过低温热处理得到一种用于超级电容器的柔性聚苯胺基碳材复合电极材料。本专利技术专利制备的碳基材料充放电性能优异，具有良好的对称性和线性斜率。
[0010]武汉纺织大学王栋教授课题组公布了一种通过化学氧化法在三维柔性基材聚乙烯醇共聚乙烯纳米纤维/涤纶树脂上原位聚合导电高聚合聚苯胺电极材料，该电极材料化学性能优异。与之不同的是，本专利技术专利采用的工艺是优质的碳纤维布和聚苯胺复合，在硫酸进行循环伏安法聚合，通过调控扫描速率和扫描圈数进行精细化处理，最后经过低温热处理得到一种用于超级电容器的柔性聚苯胺基碳材复合电极材料。本专利技术专利制备的碳基材料制备工艺简单，成本较低，同时充放电性能优异。
[0011]湖南大学钟文斌教授公布了一种电活性聚合物/MXene材料复合膜超级电容器，实验采用苯胺的原位聚合和使用生物质材料，分别进行复合并组装成薄膜电极，该电极综合性能十分优异。与之不同的是，本专利技术专利采用的是优质的碳纤维布和聚苯胺复合，在硫酸进行循环伏安法聚合，最后经过低温热处理得到一种用于超级电容器的柔性聚苯胺基碳材复合电极材料。本专利技术专利制备的碳基材料成本较低，同时工艺简单可行，电极材料的综合电化学性能优异，循环稳定性优良。
[0012]文献“蔡艳芝，李璇，任璇璇，成来飞，李阳，刘婷婷，黄少华等. 定向加压过滤法制备碳纳米管/聚苯胺纸基复合电极材料及其电化学性能. 复合材料学报，2022年2月，第39
卷，第2期”公布了一种新型的采用定向加压过滤技术获得直径约为120毫米、厚度约为10微米的自支撑纸基柔性电极，该电极材料化学性能优异。与之不同的是，本专利技术专利采用优质处理过的碳纤维布为基底，通过循环伏安法通过精准调控扫描速率和扫描圈本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于超级电容器的柔性聚苯胺基碳材复合电极材料，其特征在于包括柔性碳基材料，以及均匀沉积在所述柔性碳基材料表面的聚苯胺纳米线。2.根据权利要求1所述的复合电极材料，其特征在于，所述柔性碳基材料的碳骨架直径为5~7 微米，表面光滑，导电率高。3.根据权利要求1所述的复合电极材料，其特征在于，所述聚苯胺纳米线的平均直径为30~60 纳米。4.一种如权利要求1所述用于超级电容器电极材料的碳基/聚苯胺复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤（1）：将导电碳布裁剪成1厘米
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1.5厘米的片状；将片状碳布分别放入丙酮、乙醇、去离子水中超声清洗15~30分钟；得到优质的碳纤维...

【专利技术属性】
技术研发人员：王玮，万凯，初蕾，任俊伟，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：