[發明專利]一種基于富勒烯納米纖維/聚苯胺復合材料的超級電容器

在審

• 申請號: 201610257603.9
• 申請日: 2016-04-22
• 公開（公告）號: CN105679553A
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發明（設計）人: 樸光哲;王海濱
• 申請（專利權）人: 青島科技大學
• 主分類號: H01G11/84
• 分類號: H01G11/84;H01G11/30;H01G11/48
• 代理公司: 青島中天匯智知識產權代理有限公司 37241
• 代理人: 郝團代

技術領域

本發明涉及一種超級電容器，具體說來涉及一種超級電容器材料及其制備方法。

背景技術

超級電容器也叫電化學電容器，是一種介于二次電池和常規電容器之間的儲能器件。它兼有功率密度大和能量密度大的優點，同時具有充放電效率高、工作溫度范圍寬等特點，因此被廣泛應用于通訊系統、數據存儲系統、計算機、新能源汽車等方面。

按照儲能機制，超級電容器可以分為法拉第型電容器和雙電層電容器兩種，在超級電容器中，電極材料是關鍵，它決定了整個器件的性能指標。常用的電極材料有金屬氧化物、導電聚合物和多孔碳材料。在導電聚合物中，聚苯胺具有原料易得、合成方便、理論電容值高、循環壽命長、能夠快速進行氧化還原反應的特點，同時，富勒烯納米纖維具有可循環使用、綠色無毒、化學穩定性高、使用溫度范圍寬等優點，可以用來與聚苯胺復合增強其穩定性，提高電容器的性能。因此，其研究具有巨大的意義。

發明內容

本發明利用富勒烯納米纖維/聚苯胺復合材料作為電極材料制作超級電容器，旨在提高現有超級電容器比電容低、循環穩定性差的缺點。

本發明所述以富勒烯納米纖維/聚苯胺復合材料作為電極材料制作超級電容器包括如下步驟：

1)采用液-液界面析出法制備富勒烯納米纖維的懸浮液，此處所述富勒烯為C₆₀、C₇₀、C₆₀/C₇₀混合物及其衍生物。

2)采用化學氧化法制備本征態聚苯胺(polyanilineemeraldinebase,PANI-EB)并將其溶于良溶劑中得到聚苯胺的飽和溶液；此處所述的本征態聚苯胺的結構如式Ⅰ所示。

式Ⅰ中，n為1～500。

步驟2)中所述的富勒烯納米纖維/聚苯胺復合材料中富勒烯納米纖維和聚苯胺的質量比為(30～42)：50。

3)將上述步驟1)制備的懸浮液加入上述步驟2)制備的聚苯胺溶液中，靜置培養得到富勒烯納米纖維/聚苯胺復合材料；

4)將富勒烯納米纖維/聚苯胺復合材料、炭黑和粘合劑以(10～90)：(80～5)：(10～5)質量比混勻后加入一定量的N-甲基吡咯烷酮后研磨，轉移到洗凈的不銹鋼網上，在一定溫度和壓力的條件下放置一段時間得到超級電容器電極；

5)將兩個超級電容器電極中間放置聚丙烯電解質隔膜，在隔膜和電極之間加入硫酸和PVA的凝膠電解質并在導電隔膜上涂上導電膠，引出導線并用密封膠密封，得到超級電容器。

步驟4)中所述的反應溫度為35-100℃，壓力為1-20MPa。

步驟4)中所述的粘合劑為聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯或偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物。

步驟5)中所述的電解質為硫酸/聚乙烯醇的酸性凝膠電解質。

附圖說明

圖1C₆₀富勒烯納米纖維/聚苯胺復合材料的掃描電子顯微鏡照片；

圖2本發明實施例1制備的超級電容器在不同掃描速率下的循環伏安曲線。

具體實施方式

本發明用下列實施例來進一步說明本發明的技術特征，但本發明的保護范圍并非局限于下列實施例。

實施例1：

1.稱取42mg富勒烯C₆₀粉末，研磨后溶解于15mL甲苯中，冰浴條件下超聲10min；過濾上述溶液后向其中加入15ml異丙醇，放入恒溫培養箱中4℃恒溫里培養24h，制備C₆₀富勒烯納米纖維懸浮液，其長度約為10-20μm；

2.量取3.64ml苯胺(An)加入到的200mL濃度為1mol/L的HCl中混合攪拌；再向上述溶液中加入2.3g過硫酸銨(APS)，攪拌1min后，放入冰箱控溫為-12℃條件下冷藏12h，抽濾后加入45mL濃度為1.74mol/L氨水浸泡30min，干燥得本征態聚苯胺(PANI-EB)粉末，研磨待用；

3.取PANI-EB粉末溶于N-甲基-2-吡咯烷酮(N-methyl-2-pyrrolidone，NMP)中，超聲5min，過濾得PANI-EB/NMP溶液，取PANI-EB/NMP溶液加入到步驟1)制備的C₆₀富勒烯納米纖維懸浮液中，冰浴條件下超聲30min，放入冰箱中4℃冷藏48h得到C₆₀富勒烯納米纖維/聚苯胺復合材料的懸濁液；