[發明專利]超級電容器用導電高分子修飾活性碳電極材料的制備方法

無效

• 申請號: 200910060773.8
• 申請日: 2009-02-17
• 公開（公告）號: CN101488400A
• 公開（公告）日: 2009-07-22
• 發明（設計）人: 李亮;江登榜;曾小平;鄭磊;胡雙強
• 申請（專利權）人: 武漢工程大學
• 主分類號: H01G9/04
• 分類號: H01G9/04;H01G9/042;C01B31/08;C25D13/08
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司
• 代理人: 崔友明

技術領域

本發明涉及一類電子材料的制備方法，特別是超級電容器用導電高分子修飾活性碳電極材料的制備方法。

背景技術

隨著社會經濟的快速發展，資源和能源逐漸短缺，人類越來越依賴清潔的可再生的新能源。近年來對于貯能裝置的要求除了成本低、壽命長外，更希望有更高的單位體積的能量密度或更大的功率密度。電化學超級電容器又稱超級電容器，是一種新型貯能裝置，具有快速貯存和釋放能量的特點，因此它在移動通訊、電動汽車、航空航天和國防科技等方面具有極其重要和廣闊的應用前景。與傳統電容器相比，電化學電容器具有更高的比容量，可存儲的比能量為傳統電容器的10—100倍；與電池相比，具有更高的比功率、充電時間短、放電效率高、循環使用壽命長等優點。

超級電容器的電容性能主要取決于電極材料。因此很有必要研究與開發新電極材料以提高超級電容器的性能。目前用于電化學超級電容器的材料主要有3類：第1類是各種碳材料；第2類是二氧化釕、二氧化錳以及鎳的氧化物和氫氧化物等；第3類是導電聚合物材料。聚合物材料能夠作為超級電容器的電極材料的原理是：導電聚合物材料在充放電過程中高度可逆的氧化還原反應，在聚合物膜中快速形成P-型摻雜態或n-型摻雜態，以及與它們相應的去摻雜態之間的快速變換，致使聚合物不僅在界面處而且在整個體積內存在高密度的電荷，因而產生很大的準電容。有機導電高分子具有原料易得、合成簡便、穩定性好、能夠進行可逆氧化還原反應以及儲存電荷密度高等優點，是比較理想的超級電容器電極材料。但是導電高分子電極的穩定性并不令人滿意，目前用它做成的電化學電容器的循環充放電次數僅達到數千次，阻礙了其在生產上的應用，因此提高導電高分子電極的循環壽命是目前電化學電容器研究中的一個重要課題。使用導電高分子修飾活性碳電極既可以利用活性碳的雙層電容又可利用導電高分子的準電容，能夠提高電容器的比電容和穩定性。

具有優異電化學性質、機械性和穩定性的導電高分子材料的制備是其進一步應用的基礎。離子液體由于具有較高的電導率、較寬的電化學窗口和高穩定性，因此被用來代替傳統的支持電解質/溶劑體系，作為電解液制備導電高分子材料，在離子液體中得到的導電高分子材料往往具有更好的電化學活性和穩定性。

發明內容

本發明所要解決的問題是針對上述現有技術而提供一種能夠提高比容量和循環穩定性的超級電容器用導電高分子修飾活性碳電極材料的制備方法。

本發明為解決上述提出的問題所采用解決方案為：超級電容器用導電高分子修飾活性碳電極材料的制備方法，包括有以下步驟：1)A溶液的制備：向離子液體中加入導電高分子單體得到單體濃度為0.01～0.5mol/L的A溶液；

2)在配置三電極的電解池中加入A溶液，所述的三電極中參比電極為飽和甘汞電極，對電極為鉑片，工作電極為活性碳電極，向活性碳電極上施加1～10mA/cm²的電流密度，在氮氣保護下進行電化學聚合，聚合完成后即可在活性碳工作電極上得到一層均勻的導電高分子膜，即為本發明的超級電容器用導電高分子修飾活性碳電極材料。

按上述方案，所述的離子液體為1-丁基-3甲基咪唑六氟磷酸鹽或1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽。

按上述方案，所述的導電高分子單體為吡咯、甲基吡咯、苯胺或乙烯二氧噻吩。

在電化學聚合中，導電高分子單體在活性碳電極附近氧化生成陽離子自由基，隨后陽離子自由基通過偶合或向單體進攻而使鏈增長，而離子液體中的陰離子摻雜進入導電高分子中使其保持電中性。這樣，隨著電化學聚合的進行，反應可不斷進行下去，而導電聚合物膜的厚度則可以通過聚合過程中消耗的電量加以控制(聚合過程中消耗的電量即是聚合電流與聚合時間的乘積)。

與現有技術相比較，本發明所具有的有益效果：使用導電高分子修飾活性碳電極既可以利用活性碳的雙層電容又可利用導電高分子的準電容提高電容器的比電容。因此該發明制備的導電高分子修飾活性碳電極材料的比電容與純活性碳電極相比提高了2-3倍，且具有高導電性、快速充放電能力和較好的循環穩定性。

具體實施方式

下面通過實施例進一步介紹本發明，但是實施例不會構成對本發明的限制。

實施例1：

1)A溶液的制備：向離子液體1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽中加入甲基吡咯單體得到單體濃度為0.01mol/L的A溶液；