[發明專利]一種柔性電極、其制備方法及柔性超級電容器

在審

• 申請號: 201710772548.1
• 申請日: 2017-08-31
• 公開（公告）號: CN107369561A
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發明（設計）人: 張海燕;林迎曦;秦改;鄧文濤;張丹楓
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: H01G11/22
• 分類號: H01G11/22;H01G11/36;H01G11/48;H01G11/86
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司11227
• 代理人: 趙青朵

技術領域

本發明屬于電化學技術領域，尤其涉及一種柔性電極、其制備方法及柔性超級電容器。

背景技術

超級電容器是在20世紀70～80年代發展起來的一種介于二次電池和傳統電容器之間的新型儲能器件，由于它能夠提供高于物理電容器的能量密度以及高于電池功率密度并且兼有長的循環壽命。

在早先的研究中，超級電容器的幾何形狀相對簡單。而在可穿戴設備日益發展的今天，為了保證可穿戴設備的能量供給，對于為其供給能量的單元提出了柔性化的要求，即超級電容器的柔性化已經變得日益重要。柔性超級電容器與傳統超級電容之間最大的區別是，柔性超級電容能隨著設備的形變發生相應的變化，并且其性能不受形變的影響。

現有的柔性超級電容器多采用導電高分子材料作為電極，如聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩等，這些聚合物合成簡單，制備成本低廉并且電化學性能優異。但是，聚苯胺等導電高分子材料存在較為嚴重的體積膨脹效應，使其在長時間循環充放電后，電化學性能下降嚴重，循環壽命受到很大影響。

發明內容

本發明的目的在于提供一種柔性電極、其制備方法及柔性超級電容器。本發明中的柔性電極具有較好的循環壽命。

本發明提供一種柔性電極，包括導電基體、復合在所述導電基體上的聚苯胺，以及包覆在所述聚苯胺表面的石墨烯。

優選的，所述石墨烯的厚度為3～50nm。

本發明提供一種柔性電極的制備方法，包括以下步驟：

A)將導電基體浸入苯胺和硫酸的混合溶液中，在電鍍電位下原位生長聚苯胺，得到導電基體/聚苯胺復合電極；

B)將所述導電基體/聚苯胺復合電極依次浸入鹽酸聚丙烯胺溶液和氧化石墨烯溶液中，得到導電基體/聚苯胺/氧化石墨烯復合電極；

C)將所述導電基體/聚苯胺/氧化石墨烯復合電極采用還原劑進行還原，得到柔性電極。

優選的，所述硫酸和苯胺的體積比為1：(1～3)。

優選的，所述電鍍電位為0.6～0.7V；

所述電鍍的時間為5～30min。

優選的，所述鹽酸聚丙烯胺溶液的濃度為1～5g/L。

優選的，浸入所述鹽酸聚丙烯胺溶液的時間為1～5小時。

優選的，所述氧化石墨烯溶液的濃度為1～5g/L；

浸入所述氧化石墨烯溶液的時間為3～15小時。

優選的，所述還原劑為鹵化氫與乙醇的混合物；

所述乙醇與鹵化氫的體積比為1：(3～5)。

本發明提供一種柔性超級電容器，其特征在于，包括上述柔性電極。

本發明提供了一種柔性電極，包括導電基體、復合在所述導電基體上的聚苯胺，以及包覆在所述聚苯胺表面的石墨烯。本發明以石墨烯包覆在傳統電極聚苯胺的表面，能夠增強聚苯胺的導電性能，同時還能有效抑制聚苯胺的體積膨脹效應，從而提高柔性電極的循環壽命。實驗數據表明，本發明中的柔性電極在循環5000次后，容量剩余為88％，比容量為643F/g。

本發明還提供了一種柔性電極的制備方法，本發明中的制備方法以鹽酸聚丙烯胺在聚苯胺表面接枝石墨烯，使石墨烯包覆在聚苯胺表面，提高聚苯胺的導電性、降低聚苯胺的體積膨脹效應。并且，本發明中的制備方法簡單，成本低，易于規模化生產。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明柔性超級電容器的結構示意圖；

圖2為本發明實施例1中柔性電極的掃描電鏡圖；

圖3為本發明實施例1中石墨包覆后的柔性電極和未包覆石墨烯的聚苯胺電極的循環曲線；

圖4為本發明實施例1中石墨包覆后的柔性電極和未包覆石墨烯的聚苯胺電極的恒流充放電曲線。

具體實施方式

本發明提供了一種柔性電極，包括導電基體、復合在所述導電基體上的聚苯胺，以及包覆在所述聚苯胺表面的石墨烯。

在本發明中，所述導電基體優選為碳布、石墨烯紙和碳納米管薄膜中的一種或幾種，所述石墨烯的厚度優選為3～50nm，更優選為3～30nm，最優選為3～10nm；

本發明還提供了一種柔性電極的制備方法，包括以下步驟：

A)將導電基體浸入苯胺和硫酸的混合溶液中，在電鍍電位下原位生長聚苯胺，得到導電基體/聚苯胺復合電極；