[發(fā)明專利]一種用于軟包超級電容器的超親水聚吡咯均膜及其制備方法和應用

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• 申請日: 2021-11-17
• 公開（公告）號: CN114121498A
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發(fā)明（設計）人: 馬天翼;黃子航;李慧;孫放放
• 申請（專利權）人: 遼寧大學
• 主分類號: H01G11/48
• 分類號: H01G11/48;H01G11/86;H01G11/24
• 代理公司: 沈陽杰克知識產(chǎn)權代理有限公司 21207
• 代理人: 金春華

本發(fā)明屬于新能源技術領域，具體涉及一種用于軟包超級電容器的超親水聚吡咯均膜及其制備方法和應用。所述超親水聚吡咯均膜制備方法包括如下步驟：將碳紙依次置于碳酸鉀溶液、硝酸鉀溶液和氯化鉀溶液中，在三種溶液中分別使用電化學方法將厚的碳紙剝離相互分離但頂部連接的薄層結構，然后冷凍干燥獲得用于沉積聚吡咯的基底，標記為FEG；將0.2mol的吡咯單體溶于25ml硫酸溶液中，使用脈沖沉積的方式將吡咯沉積在基底上，即可獲得超親水的聚吡咯均膜。發(fā)明通過對基底和沉積方式的調控制備出的超親水性聚吡咯均膜，應用于超級電容器展現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能。

技術領域

本發(fā)明屬于新能源技術領域，具體涉及一種用于軟包超級電容器的超親水聚吡咯均膜及其制備方法和應用。

背景技術

環(huán)境的惡化和能源的枯竭嚴重制約著社會的發(fā)展，竭力發(fā)展清潔能源，努力實現(xiàn)碳中和的目標已經(jīng)成為全人類的共識，因此開發(fā)各種新型清潔能源并且提高能源的轉存技術成為當前各國科研工作者的首要任務。電池和超級電容器由于其獨特的優(yōu)點逐漸成為目前市場上主流的儲能設備，這些儲能設備大多使用有機電解液以拓寬工作電壓，提高能量密度，但是由此而引起的起火、爆炸等事故頻繁發(fā)生，給人們的安全帶來了極大的隱患，因此發(fā)展安全高效的水系儲能技術對于未來的發(fā)展極為重要。

水系儲能設備對電極材料的親水性具有很高的要求，良好的親水性有利于電極和電解液的充分接觸，對于提高電解液離子在材料內部的遷移速率，改善材料的電容性能起到了重要的作用。聚吡咯由于導電性好、易于合成，具備良好的氧化還原特性等優(yōu)點成為超級電容器的一類重要電極材料，良好的親水性對于提高聚吡咯基水系超級電容器的整體電化學性能，加快其商業(yè)化應用尤為重要。CN101550239A公開了一種具有超親水性的聚吡咯微/納米多級結構的制備方法，該方法利用兩步電化學法，即第一步先制備出具有一定微米結構的聚吡咯，第二步采用淀粉形貌誘導劑在微米結構表面電化學合成聚吡咯納米線，得益于這種多級結構帶來的空隙，使得聚吡咯表現(xiàn)出良好的超親水性。但是這種具有復雜納米結構的聚吡咯不利于大面積制備，并且單位面積的載量有限，難以實際應用。另外CN101550239A認為超親水的聚吡咯微/納米多級結構在微納米器件領域具有很大的潛力，但是并沒有進行實際的系統(tǒng)研究，其作為活性材料在應用時可能會有不理想的情況出現(xiàn)。因此通過對基底和沉積方式的整體把控，實現(xiàn)可面積制備的超親水性聚吡咯膜用于成品超級電容器是非常必要的。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種可面積制備的超親水聚吡咯均膜及其在水系軟包超級電容器的應用。通過對沉積基底和沉積方式的精心設計，制備出一種超親水的聚吡咯均膜，組裝成水系軟包超級電容器，兼具較高能量密度、功率密度、優(yōu)異的循環(huán)壽命和安全特性等優(yōu)點，為制備可商業(yè)化應用的導電聚合物基電極材料提供了一種有效的方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種用于軟包超級電容器的超親水聚吡咯均膜，制備方法包括如下步驟：

(1)將碳紙依次置于碳酸鉀溶液、硝酸鉀溶液和氯化鉀溶液中，在三種溶液中分別使用電化學方法將厚的碳紙剝離相互分離但頂部連接的薄層結構，然后冷凍干燥獲得用于沉積聚吡咯的基底，標記為FEG；

(2)將0.2mol的吡咯單體溶于25ml硫酸溶液中，使用脈沖沉積的方式將吡咯沉積在基底上，即可獲得超親水的聚吡咯均膜，標記為PP-PPy/FEG。

上述的一種用于軟包超級電容器的超親水聚吡咯均膜，所述的碳酸鉀溶液的濃度為0.5mol/L，硝酸鉀的濃度為0.5mol/L，氯化鉀的濃度為3mol/L。

上述的一種用于軟包超級電容器的超親水聚吡咯均膜，步驟(1)中，在碳酸鉀溶液中使用循環(huán)伏安的方式運行8次，掃描速度為20mV/s，電壓范圍為0.6V～1.8V。

上述的一種用于軟包超級電容器的超親水聚吡咯均膜，步驟(1)中，在硝酸鉀溶液中使用恒電壓方式運行140min，電壓保持在1.9V。