[發(fā)明專利]一種聚苯胺/石墨氈復合電極及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410065096.X
• 申請日: 2014-02-26
• 公開（公告）號: CN103794380A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發(fā)明（設計）人: 李寶銘;葉蕾蕾;饒臻然;鄭玉嬰
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: H01G11/48
• 分類號: H01G11/48;H01G11/68;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: 蔡學俊

技術領域

本發(fā)明屬于超級電容器用電極的制備領域，具體涉及一種聚苯胺/石墨氈復合電極及其制備方法。

背景技術

聚苯胺因具有獨特的電化學活性，較強的化學穩(wěn)定性、原料易得、結構多樣化、制備方法簡單且條件易于控制等優(yōu)點，成為當前研究較多的導電聚合物之一。Huang?W?S（Huang?W?S,?Humphrey?B?D,?MacDiarmid?A?G.?Journal?of?the?Chemical?Society,?Faraday,?1986,?82:?2385-2400）、Kang?E?T（Kang?E?T,?Neoh?K?G,?Tan?K?L.?Progress?in?Polymer?Science,?1998,?23:?277-324）、MacDiarmid?A?G（MacDiarmid?A?G.?Angewandte?Chemie?International?Edition,?2001,?40:?2581-2590）、Sivakkumar?S?R（Sivakkumar?S?R,?Kim?W?J,?Choi?J,?MacFarlane?D?R,?Forsyth?M,?Kim?D?W.?Journal?of?Power?Sources,?2007,?171:?1062-1068）和Xiao?L?F（Xiao?L?F,?Cao?Y?L,?Xiao?J,?Schwenzer?B,?Engelhard?M?H,?Saraf?L?V,?Nie?Z,?Exarhos?G?J,?Liu?J.?Advanced?Materials,?2012,?24:?1176-1181）等制備了不同種類的聚苯胺材料，并對其性能進行探討。研究發(fā)現(xiàn)，導電聚苯胺除了具有優(yōu)異的電化學性能外，還具有高贗電容儲能特性，已成為超級電容器電極材料領域的研究熱點。

聚苯胺電極材料可以通過多種方法制備得到。Hongyu?M（Hongyu?M,?Xiaogang?Z,?Sudong?Y,?Xiangguo?Y,?Jianming?L.?Materials?Chemistry?and?Physics,?2008,?112:?127-131）通過模板法制備出纖維直徑為20~40?nm的摻雜聚苯胺納米纖維，在1mol/L硫酸溶液，-0.2~0.8?V電位范圍內測得比電容高達428?F/g；同時，這種電極材料表現(xiàn)出高達93%的充放電效率。張愛勤等（張愛勤，張林森，王力臻，申法寶。化工新型材料，2009，37(7)：61-75）在低溫下用化學氧化法合成呈顆粒狀堆積的鹽酸摻雜PANI，在電流密度為8mA/cm²時，聚苯胺在酸性電解液中的單電極比電容高達512?F/g，100次循環(huán)后比電容為初始值的94.1?%。葛洪侖等（葛洪侖，姚文紅，賀本林，劉威，張勤杰，孫苗，王瑋。山東化工，2012，41：4-7）采用微乳液法制備出粒徑在30~40?nm之間的球形納米聚苯胺，研究發(fā)現(xiàn)，在0.5?mol/L硫酸溶液中電極比容為610.3F/g，在5mA/cm²的電流密度下，循環(huán)充放電1000次后比容為初始值的71.3?%。徐惠等（徐惠，李俊玲，彭振軍，唐婧，邢建偉，王偉。高分子材料科學與工程，2013，29：9-12）采用循環(huán)伏安法合成了結晶性良好的聚苯胺，在2?mol/L?KOH電解液中，電流密度為20?mA/cm²時，PANI電容器的比電容高達421.11?F/g，是一種具有優(yōu)良應用前景的超級電容器材料。

然而，應用于電容器的聚苯胺循環(huán)壽命和比電容仍有待提高，且高比電容聚苯胺電極制備工藝復雜，不利于制備大面積的電極及工業(yè)化的實現(xiàn)，仍需要進一步加強研究。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種聚苯胺/石墨氈復合電極及其制備方法，本發(fā)明制備的復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、工藝簡單等優(yōu)點，具有顯著的社會與經(jīng)濟效益。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種聚苯胺/石墨氈復合電極以氧化預處理石墨氈作為載體，以質子酸摻雜聚苯胺作為電極工作物質。

制備方法包括以下步驟：

（1）將苯胺與一種或多種質子酸混合，配制混合溶液；

（2）以預氧化處理石墨氈作為工作電極，鉑絲作為對電極，飽和甘汞電極作為參比電極，步驟（1）配制的混合溶液作為電解液，利用電化學循環(huán)伏安氧化聚合反應制備聚苯胺/石墨氈復合電極。

所述的質子酸包括：鹽酸、硫酸、硝酸、高氯酸、對甲苯磺酸和磺基水楊酸等。

具體步驟如下：