[發明專利]一種高比電容聚苯胺復合柔性導電水凝膠及其制備方法

有效

• 申請號: 202210424853.2
• 申請日: 2022-04-22
• 公開（公告）號: CN114605674B
• 公開（公告）日: 2023-06-16
• 發明（設計）人: 李曉;趙海蘭;張衛英;陳蘭蘭;逄述博
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: C08J3/075
• 分類號: C08J3/075;C08J3/24;C08L79/02;C08L29/04;C08K3/04;C08K5/07
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 劉佳;蔡學俊

本發明公開了一種高比電容聚苯胺復合柔性導電水凝膠及其制備方法，屬于柔性儲能材料領域。其是借助氧化石墨烯的分散性，使得聚苯胺分散液在聚乙烯醇溶液中分散均勻，利用三者之間的相互作用力以及聚乙烯醇與戊二醛間的交聯作用形成具有一級導電網絡的基底雜化水凝膠，然后在基底雜化水凝膠上吸附并誘導苯胺自組裝，再在一級導電網絡的誘導作用下，通過加入過硫酸銨引發苯胺原位聚合形成聚苯胺二級導電網絡，從而得到具有兩級導電網絡的復合柔性導電水凝膠。本發明所得水凝膠具有多級微孔結構，其比電容高達989?F·gsupgt;?1/supgt;，具有優越的導電性能、電化學性能以及優秀的拉伸性能，可廣泛應用于柔性超級電容器等可穿戴電子設備的制作。

技術領域

本發明屬于柔性儲能材料領域，涉及導電高分子水凝膠，具體涉及一種高比電容聚苯胺復合柔性導電水凝膠及其制備方法。

背景技術

隨著科技的發展，柔性可穿戴電子設備的需求正在迅猛增加，其中，高性能柔性超級電容器已成為研究熱點。電極材料是決定超級電容器電化學性能優劣的關鍵，常用的電極材料主要有碳材料、金屬氧化物和導電聚合物等。在導電聚合物中，聚苯胺（PANI）因其原料易得、合成簡單、化學穩定性高以及高理論比電容等優勢，成為超級電容器電極材料的首選。但PANI作為剛性高分子，本身柔韌性較差，并且隨著PANI反復的摻雜和脫摻雜過程中離子的嵌入和脫嵌，會引起其自身體積不斷的膨脹和收縮，進而導致PANI電容量的衰減，這將嚴重影響其在柔性超級電容器中的循環使用。因此，可選用具有柔性的高分子水凝膠或其他材料與聚苯胺結合，形成柔性或具有多重網絡的復合導電材料。

水凝膠的三維水系網絡結構，有利于電解質中離子的傳輸，氧化石墨烯（GO）富含多種含氧官能團，不僅具有分散聚苯胺的作用，而且易于與其他材料進行復合。但由于水凝膠骨架自身不導電，導致絕大多數的復合導電水凝膠的電化學性能不佳。而在制備多重網絡時由于各網絡的排列是隨機且無序的，無法形成良好且貫通的導電網絡的構建，無法保證電荷傳輸效率。因此，構造穩健的導電通道，有效提高電荷傳輸效率，同時保證材料的循環穩定性，是制備高電化學性能柔性導電水凝膠電極材料的關鍵。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種簡單有效的制備具有高比電容聚苯胺復合柔性導電水凝膠的二次誘導組裝原位聚合法，其所得水凝膠具有優越的導電性能、電化學性能以及優秀的拉伸性能。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種高比電容聚苯胺復合柔性導電水凝膠，其是借助氧化石墨烯（GO）的分散性，使得聚苯胺（PANI）分散液在聚乙烯醇（PVA）溶液中分散均勻，利用三者之間的相互作用力以及PVA與戊二醛間的交聯作用形成具有一級導電網絡的基底雜化水凝膠，然后在基底雜化水凝膠上吸附并誘導苯胺自組裝，再在一級導電網絡的誘導作用下，通過加入過硫酸銨引發苯胺原位聚合形成聚苯胺二級導電網絡，從而得到具有兩級導電網絡的復合柔性導電水凝膠。

其制備步驟如下：

（1）具有一級導電網絡（具備誘導功能）的基底雜化水凝膠（PPG）的制備

①?將氧化石墨烯分散在水中，形成3mg/ml的氧化石墨烯分散液；

②?將1.2959-2.5918g鹽酸苯胺和0.2-0.6ml的70wt%植酸溶液溶于20-40ml去離子水中，記為溶液a；將2.282-4.564g過硫酸銨溶于5-20ml去離子水中，記為溶液b；將溶液a和b冷卻至0-5℃，然后將溶液b迅速倒入溶液a中并攪拌均勻，封膜，于0-5℃環境中反應8-15h，得聚苯胺分散液；

③?將1-6g?PVA溶于10-30ml去離子水中得PVA溶液；取150-200μ氧化石墨烯分散液與60-80μl聚苯胺分散液混合均勻后，再向其中加入300-700μl?PVA溶液并攪拌混合5min使其均勻，最后向其中加入200-300μl、1vol%的戊二醛溶液，交聯固化1-10min制得基底雜化水凝膠PPG；