[發明專利]一種多壁碳納米管/聚苯胺納米纖維復合材料超級電容器電極的制備方法

有效

• 申請號: 201310290351.6
• 申請日: 2013-07-10
• 公開（公告）號: CN103366972A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 李強;陳翌慶;羅林保;吳春艷;王莉
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H01G11/86
• 分類號: H01G11/86
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 何梅生

技術領域

本發明屬于儲能材料領域，涉及一種超級電容器電極的制備方法，具體涉及一種多壁碳納米管/聚苯胺納米纖維復合材料超級電容器電極的制備方法

背景技術

超級電容器又稱為電化學電容器，是利用正負電極之間的電場來分離電解液中的正負離子進行電能存儲的一種能量存儲裝置。超級電容器可分為雙電層電容器和法拉第電容器兩種不同類型。雙電層電容器是利用電極材料和電解液之間的界面來物理吸附和脫附電解液中的正負離子而形成雙電層的機理來存儲電荷，而法拉第電容器則是利用電極材料的表面及相體中發生快速且可逆的氧化還原反應來分離電解液中的正負離子并存儲電荷。目前，雙電層電容器主要用各種類型的碳材料作為電極材料，如碳纖維、碳氣凝膠、碳納米管、石墨烯以及一些特殊結構的碳材料，碳材料的充放電循環性能非常穩定。自1957年H.E.Becker發明第一個碳基超級電容器（美國專利US2800616）以來，碳材料作為超級電容器電極材料的研究持續至今，但碳材料的比電容很難達到300F/g以上。

為了進一步提高超級電容器存儲電荷的能力，基于法拉第贗電容的導電聚合物電極材料受到了廣泛關注，聚苯胺就是其中的一種。但是聚苯胺在充放電循環過程中，由于電解液離子的反復嵌入/脫出，導致聚苯胺電極的體積反復膨脹收縮，造成聚苯胺分子鏈的破壞和電極材料的結合強度下降，從而使得聚苯胺電極的電極容量快速衰減。

將聚苯胺與碳材料進行復合，有助于提高聚苯胺的電容量和充放電循環性能。多項研究報道了通過電化學沉積或化學氧化法將苯胺單體聚合沉積在碳納米管表面而得到碳納米管/聚苯胺同軸結構復合電極材料。由于碳納米管的引入，使得基于這種復合材料的超級電容器電極的充放電循環穩定性相比聚苯胺電極得到了改善。但這種同軸結構復合材料的制備過程較為復雜，不利用工業化生產。另外，由于碳納米管表面被聚苯胺包覆，制作成電極后，碳納米管之間將無法直接接觸，使得碳納米管優良的導電性能無法得到體現，電極的等效串聯電阻沒有得到明顯改善。

發明內容

本發明是為避免上述現有技術所存在的不足，提供一種制備方法簡單的碳納米管/聚苯胺納米纖維復合材料超級電容器電極，以期可以有效提高電極的電容性能和充放電循環穩定性，并降低電極的等效串聯電阻。

本發明為解決技術問題采用如下技術方案：

本發明一種多壁碳納米管/聚苯胺納米纖維復合材料超級電容器電極的制備方法，其特點是按如下步驟進行：

a、利用聚苯乙烯磺酸分散多壁碳納米管：取10mg多壁碳納米管放入燒杯中，然后依次向所述燒杯中加入10-20毫升去離子水和300微升聚苯乙烯磺酸得多壁碳納米管溶液，對所述多壁碳納米管溶液利用插入式超聲儀進行超聲40分鐘，得分散均勻的多壁碳納米管溶液；

b、制備聚苯胺納米纖維：將苯胺單體加入三氯甲烷中得苯胺單體的三氯甲烷溶液，將硫代硫酸銨溶解于濃度為1mol/L鹽酸溶液中得硫代硫酸銨的鹽酸溶液，將硫代硫酸銨的鹽酸溶液加入苯胺單體的三氯甲烷溶液中得混合溶液，將所述混合溶液靜置反應12小時后生成含聚苯胺納米纖維的溶液，將所述含聚苯胺納米纖維的溶液經離心分離出聚苯胺納米纖維，將分離出的聚苯胺納米纖維放入去離子水中清洗后再經離心分離出潔凈聚苯胺納米纖維；

c、制備多壁碳納米管/聚苯胺納米纖維復合材料超級電容器電極：將潔凈聚苯胺納米纖維加入分散均勻的多壁碳納米管溶液中，經超聲得到多壁碳納米管/聚苯胺納米纖維的均勻混合液，以氮氣作為載氣將所述多壁碳納米管/聚苯胺納米纖維的均勻混合液噴涂到石墨基體上，然后將噴涂后的石墨基體放入真空干燥爐中，在60攝氏度的真空條件下干燥12小時，得多壁碳納米管/聚苯胺納米纖維復合材料超級電容器電極。

本發明多壁碳納米管/聚苯胺納米纖維復合材料超級電容器電極的制備方法，其特點也在于：步驟b中三氯甲烷、鹽酸溶液和苯胺單體的體積分別為10毫升、10毫升和300微升，硫代硫酸銨是183毫克。

步驟c中多壁碳納米管和聚苯胺納米纖維的質量比為0.5:9.5至7.5:2.5。

與已有技術相比，本發明有益效果體現在：

1、本發明以多壁碳納米管/聚苯胺納米纖維復合材料制備超級電容器的電極，制備方法簡單，適用于工業化生產，且本發明所制備的超級電容器電極的導電性高、等效電阻低、充放電循環穩定性高；

2、本發明所制備的多壁碳納米管/聚苯胺納米纖維復合材料相比于碳納米管/聚苯胺同軸結構復合電極材料，在制備成電極后可以充分利用碳納米管優良的導電性能且提高了電極的機械強度；