[發(fā)明專利]一種碳納米管/聚吡咯/石墨氈復(fù)合電極及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410011800.3
• 申請日: 2014-01-11
• 公開（公告）號: CN103745834A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李寶銘;饒臻然;葉蕾蕾;鄭玉嬰
• 申請（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號: H01G11/30
• 分類號: H01G11/30;H01G11/48;H01G11/86
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學(xué)俊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于超級電容器用電極的制備領(lǐng)域，具體涉及一種碳納米管/聚吡咯/石墨氈復(fù)合電極及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

聚吡咯以其制備簡單、摻雜可逆、環(huán)境友好、導(dǎo)電率高、比電容大、成膜性優(yōu)異而備受關(guān)注。同時，納米碳材料可以進一步提高聚吡咯的力學(xué)和電學(xué)性能。P.?M.?Ajayan（P.?M.?Ajayan,?O.?Stephan,?C.?Colliex,?D.?Trauth.?Science,?1994,?26:?1212-1214）、Gaoyi?Han（Gaoyi?Han,?Jinying?Yuan,?Gaoquan?Shi,?Fei?Wei.?Thin?Solid?Films,?2005,?474:?64-69）、Hamed?Arami（Hamed?Arami,?Mahyar?Mazloumi,?Razieh?Khalifehzadeh,?Shahriar?Hojjati?Emami,?S.K.?Sadrnezhaad.?Materials?Letters,?2007,?61:?4412-4415）、Yeon-Kyeong?Lee（Yeon-Kyeong?Lee,?Keum-Ju?Lee,?Dae-Sung?Kim,?Dong-Jin?Lee,?Jin-Yeol?Kim.?Synthetic?Metals,?2010,?160:?814-818）和J.?Li（J.?Li;?H.Q.?Xie,?Y.?Li.?Advanced?Materials?Research,?2012,?399-401:?1415-1418）等制備了多種含納米碳材料的聚吡咯復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn)，含納米碳材料的聚吡咯復(fù)合材料在超級電容器、二次電池等換能元件電極材料領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。

含納米碳材料的聚吡咯復(fù)合電極材料可以通過多種方法制備。E.?Frackowiak（E.?Frackowiak,?V.?Khomenko,?K.?Jurewicz,?K.?Lota,?F.?Béguin.?Journal?of?Power?Sources,?2006,?153:?413-418）發(fā)現(xiàn)由化學(xué)方法制備的聚吡咯碳納米管復(fù)合材料具有優(yōu)良的循環(huán)穩(wěn)定性，在0.4?V的電壓區(qū)間內(nèi)，循環(huán)充放電超過3000個周期時，比電容可以穩(wěn)定在160?F·g^-1。任祥忠（任祥忠，趙祺，劉劍洪，顧宜.?高分子材料科學(xué)與工程，2008，24（10）：29-32）采用電化學(xué)法合成了PPy/MWCNT導(dǎo)電復(fù)合膜，發(fā)現(xiàn)與純PPy膜相比，PPy/MWCNT導(dǎo)電復(fù)合膜表面更加粗糙、疏松，具有更優(yōu)異的電子傳遞行為。Yueping?Fang（Yueping?Fang,?Jianwei?Liu,?Deok?Jin?Yu,?James?P.?Wicksted,?Kaan?Kalkan,?C.?Ozge?Topal,?Bret?N.?Flanders,?Judy?Wu,?Jun?Li.?Journal?of?Power?Sources,?2010,?195:?674-679）通過脈沖電沉積的方法將聚吡咯涂在碳納米管上形成均勻薄膜，得到自支撐的MWCNT-PPy薄膜，比電容達到427?F·g^-1。Q.?Fu（Q.?Fu,?B.?Gao,?H.?Dou,?L.?Hao,?X.?Lu,?K.?Sun,?J.?Jiang,?X.?Zhang.?Synthetic?Metals,?2011,?161:373-378）采用原位化學(xué)法合成磺化多壁碳納米管和聚吡咯的納米復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)該材料具有穩(wěn)定的比電容，達到357?F·g^-1，經(jīng)過1000周期的循環(huán)充放電后，比電容僅損失3?%。

目前，含納米碳材料的聚吡咯復(fù)合材料具有良好的導(dǎo)電性、穩(wěn)定性、環(huán)境友好性和機械性能，但是復(fù)合材料制備工藝復(fù)雜，比電容較低，極大地限制了它在超級電容器電極材料上的應(yīng)用，仍需要進一步加強研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種碳納米管/聚吡咯/石墨氈復(fù)合電極及其制備方法和應(yīng)用，本發(fā)明制備的復(fù)合電極不僅具有較高的比電容和較優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，而且具有制備條件溫和、工藝簡單、操作可控等優(yōu)點，具備顯著的社會與經(jīng)濟效益。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種碳納米管/聚吡咯/石墨氈復(fù)合電極是以氧化預(yù)處理石墨氈作為載體，以碳納米管和十二烷基苯磺酸根離子共摻雜聚吡咯作為電極工作物質(zhì)。

制備如上所述的碳納米管/聚吡咯/石墨氈復(fù)合電極的方法包括以下步驟：