[發明專利]一種石墨烯/聚苯胺復合膜電極材料的制備方法及應用

有效

• 申請號: 202111558735.2
• 申請日: 2021-12-20
• 公開（公告）號: CN114015105B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 杜祥祥;宋曉潔;施雪軍;曹可生
• 申請（專利權）人: 平頂山學院
• 主分類號: C08J7/12
• 分類號: C08J7/12;C08J7/14;C08J5/18;C08L79/02;C08K3/04;H01G11/24;H01G11/30;H01G11/36;H01G11/48
• 代理公司: 鄭州金成知識產權事務所(普通合伙) 41121
• 代理人: 白毅明

本發明公開了一種石墨烯/聚苯胺復合膜電極材料的制備方法及應用。一種石墨烯/聚苯胺復合膜電極材料的制備方法，包括：步驟1）制備具有二維納米片層結構的聚苯胺；步驟2）將得到的片層聚苯胺通過正電荷處理劑進行表面處理，然后采用旋涂方式與帶負電的氧化石墨烯分散液層層自組裝為氧化石墨烯/聚苯胺復合膜；步驟3）進行還原處理得到石墨烯/聚苯胺復合膜電極材料。本發明制備方法以正負電荷間的靜電作用為驅動力，使帶正電荷的片層聚苯胺與帶負電荷的氧化石墨烯通過靜電吸引，采用旋涂方式進行層層自組裝，建立多層交替混合電容層；利用組分之間的協同效應，提高了石墨烯與導電高分子界面的相互作用，提高了復合電極材料的綜合電化學性能。

技術領域

本發明涉及一種電極材料，尤其是涉及一種石墨烯/聚苯胺復合膜電極材料的制備方法與應用。

背景技術

超級電容器作為一種新型電化學能量存儲器件，具有功率密度大，比電容高（幾百至幾千法拉/克）以及優異的倍率性能和循環壽命等優點，在新能源汽車、航空航天，智能電網、電子工業等方面具有巨大的應用前景。對于超級電容器構件，電極材料至關重要。

常用的碳材料電極包括碳納米管，石墨烯，碳纖維，多孔碳，其中二維石墨烯具有較高的導電率和比表面積，常作為雙電層電容電極材料。由于石墨烯自身片層的堆疊，導致其活性表面積下降，增加離子傳輸阻力，比容量低。而導電高分子（聚苯胺、聚吡咯等）贗電容材料可在其電極表面發生可逆、快速的氧化還原反應來存儲能量。

將雙電層電容材料石墨烯和贗電容材料導電高分子兩類電極材料進行復合，利用不同電極儲能機理的協同效應，可使其電化學性能展現出“1+12”效能。但如果將石墨烯與贗電容材料進行物理混合，難以達到有效防止石墨烯自身片層的堆疊。

中國發明專利（ZL202010393674.6）公開了一種石墨烯/聚苯胺柔性膜，僅在石墨烯表面生成了聚苯胺，聚苯胺易發生表面團聚，比電容低。專利L201711294079.3公開了一種石墨烯/聚苯胺@聚苯胺的柔性復合電極材料，在石墨烯膜的表面合成出聚苯胺納米纖維，進而在聚苯胺纖維上生長出聚苯胺納米須，獲得分級復合石墨烯膜結構，但這種結構仍不能改善石墨烯自身片層的堆疊。因此，如何進行石墨烯/導電高分子贗電容復合材料結構的設計、表面/界面性質的調控、復合協同效應的實現等仍頗具挑戰。

發明內容

本發明針對現有技術不足，提出一種石墨烯/聚苯胺復合電極膜材料的制備方法，該方法以正負電荷間的靜電作用為驅動力，使帶正電荷的片層聚苯胺與帶負電荷的氧化石墨烯通過靜電吸引，采用旋涂方式進行層層自組裝，建立多層交替混合電容層；最后輔以還原處理，制備石墨烯/聚苯胺復合電極膜材料。

本發明石墨烯/聚苯胺復合電極膜材料，利用組分之間的協同效應，提高了石墨烯與導電高分子界面的相互作用，構建穩態的化學作用力，提高復合電極材料的綜合電化學性能。

本發明另一目的在于保護上述方法制備得到的石墨烯/聚苯胺復合膜電極材料作為超級電容器電極材料以及在超級電容器中的應用。

本發明采用的技術方案：

一種石墨烯/聚苯胺復合電極膜材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）采用乳液聚合的方法，以苯胺為聚合單體，利用表面活性劑為取向模板結合膠束理論，通過氧化劑氧化聚合反應得到納米片層聚苯胺。

所述表面活性劑為十二烷基磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、吐溫80中至少一種。表面活性劑與苯胺的質量比為0.01：1～0.1：1，優選為0.01：1。

所述氧化劑為過硫酸銨和過硫酸鉀中的至少一種。氧化劑與苯胺的質量比為0.5：1～5：1，優選為2：1。

所述聚合反應為在0～10℃下反應10～48小時，更優選為在5℃下

反應24小時。