聚苯胺薄膜電極的製備方法
2023-05-27 01:56:56
專利名稱：聚苯胺薄膜電極的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種薄膜電極的製備方法。
背景技術：
隨著社會經濟的發展，人們對能源的需求越來越大，同時對於綠色能源和生態環境越來越關注，研究環保和可再生的新能源是現在所有國家面臨的挑戰，而能源的存儲是其中的一個重要部分。超級電容器(Supercapacitor)作為一種新型的儲能器件，因為其無可替代的優越性，逐漸受到人們的重視。具有突出的優點功率密度大、循環壽命長、充放電效率高，而且無汙染，環境友好，成為當前化學電源領域的研究熱點之一。目前影響超級電容器發展的關鍵因素有電極材料、與電極材料匹配的電解液和電極的製備技術等。電極材料是製備超級電容器的關鍵瓶頸。超級電容器電極材料主要有碳材料、金屬氧化物和導電聚合物三種.炭材料雖然穩定性好，但是比電容不夠高；金屬氧化物電化學窗口比較窄並且價格昂貴而受到限制；常見的導電聚合物材料有聚吡咯(PPY)、 聚噻吩、聚苯胺(PANI)、聚對苯、聚乙炔二茂鐵、聚亞胺酯及它們衍生物的聚合物等。聚苯胺(PANI)由於其無毒、易於合成並且環境穩定性較好和電化學性能較突出、 化學可逆性良好的特點被認為是最有希望在實際中得到應用的超級電容器材料，進而受到人們的重視。儘管聚苯胺存在各種優良的性能，但由於其不溶不熔，使得其應用受到了很大的限制。傳統的製備電極的方法有，塗片法及電沉積法。塗片法是將聚苯胺通過塗膜的方法於一集流體表面上，此方法很難控制電極的厚度，而又不均勻，且只作用於表層，導致電極的電化學性能降低並且工序複雜。傳統的電沉積方法由於電流密度較低，導致沉積速率較低，因而大規模工業化應用受到了限制。
發明內容
本發明要解決現有聚苯胺薄膜電極製備方法存在工藝複雜、電池性能差的技術問題；而提供了聚苯胺薄膜電極的製備方法。本發明中聚苯胺薄膜電極的製備方法是按下述步驟進行的步驟一、按苯胺與 HCl的摩爾比為1 (1 幻將苯胺與摩爾濃度為1. 0 3. Omol/L的稀鹽酸混合均勻，然後置於水浴中，溫度控制在0 25°C，邊攪拌邊逐滴滴加過硫酸銨，過硫酸銨與苯胺的摩爾比為1 (0.5 2)，滴加時間為1 池，繼續攪拌4 6小時，過濾，將過濾的濾餅置於質量濃度為6% 10%的氨水中浸泡8 Mh，過濾後用去離子水洗滌至洗液為中性，真空乾燥得本徵態聚苯胺；步驟二、向30 50mL的溶劑中加入0. 2 0. 3g的還原劑，混合均勻， 然後邊攪拌邊加入步驟一獲得的本徵態聚苯胺直至配成飽和溶液；步驟三、將泡沫鎳放入飽和溶液中浸泡8 M小時或者反覆浸泡，然後真空乾燥5 8小時；即得到聚苯胺薄膜電極。步驟二所述溶劑為N，N-二甲基甲醯胺、N-甲基吡咯烷酮、氯仿、二甲基亞碸中的一種或其中幾種的混合，所述還原劑為檸檬酸、抗壞血酸或草酸。本發明將可作集流體的材料在飽和溶液中，通過浸泡的方法將本徵態聚苯胺薄薄地附著在其中，調節聚苯胺的加入量和浸泡次數來控制電極材料的厚度，製得一厚度可控的超級電容器用電極。本發明中電極的可控性較強，電極較穩定，電化學性能較好，具有較高的比電容。本發明製備製備工藝簡便，成本低廉，無汙染，有廣泛的應用前景。將上述電極作為工作電極，甘汞電極為參比電極，鉬電極為對電極，濃度為3mol/L 8mol/L的氫氧化鉀溶液為電解液，進行循環伏安測試。經200次循環後，此電極比電容僅衰減7. 03%。
圖1是試驗一在加有抗壞血酸的N，N-二甲基甲醯胺中浸泡，測得的循環伏安圖； 圖2是試驗二在加有檸檬酸的N-甲基吡咯烷酮中浸泡，測得的循環伏安圖。
具體實施例方式本發明技術方案不局限於以下所列舉具體實施方式
，還包括各具體實施方式
間的任意組合。
具體實施方式
一本實施方式中聚苯胺薄膜電極的製備方法是按下述步驟進行的步驟一、按苯胺與HCl的摩爾比為1 (1 5)將苯胺與摩爾濃度為1.0 3.0mol/L的稀鹽酸混合均勻，然後置於水浴中，溫度控制在0 25°C，邊攪拌邊逐滴滴加過硫酸銨，過硫酸銨與苯胺的摩爾比為1 (0.5 2)，滴加時間為1 池，繼續攪拌4 6小時，過濾， 將過濾的濾餅置於質量濃度為6% 10%的氨水中浸泡8 Mh，過濾後用去離子水洗滌至洗液為中性，真空乾燥得本徵態聚苯胺；步驟二、向30 50mL的溶劑中加入0. 2 0. 3g 的還原劑，混合均勻，然後邊攪拌邊加入步驟一獲得的本徵態聚苯胺直至配成飽和溶液；步驟三、將泡沫鎳放入飽和溶液中浸泡8 M小時或者反覆浸泡，然後真空乾燥5 8小時； 即得到聚苯胺薄膜電極。
具體實施方式
二 本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一所述苯胺與 HCl的摩爾比為1 0 4)。其它步驟和參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式與具體實施方式
一不同的是步驟一所述苯胺與 HCl的摩爾比為1 3。其它步驟和參數與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四本實施方式與具體實施方式
一至三之一不同的是步驟一所述的過硫酸銨與苯胺的摩爾比為1 1。其它步驟和參數與具體實施方式
一至三之一相同。
具體實施方式
五本實施方式與具體實施方式
一至三之一不同的是步驟一所述的過硫酸銨與苯胺的摩爾比為1 1.5。其它步驟和參數與具體實施方式
一至三之一相同。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
一至五之一不同的的是步驟二所述還原劑為檸檬酸、抗壞血酸或草酸。其它步驟和參數與具體實施方式
一至五之一相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
一至六之一不同的是步驟二所述的溶劑是N，N-二甲基甲醯胺、氯仿、二甲基亞碸中的一種或其中幾種與N-甲基吡咯烷酮的混合物。其它步驟和參數與具體方式一至六之一相同。溶劑為N，N-二甲基甲醯胺、N-甲基吡咯烷酮、氯仿和二甲基亞碸的混合物時， N，N-二甲基甲醯胺、N-甲基吡咯烷酮、氯仿和二甲基亞碸的質量比為1 2 1 (1 3) ！ 5 ！ 2 ！ 3 ；溶劑為N，N- 二甲基甲醯胺、N-甲基吡咯烷酮和氯仿的混合物時，N, N- 二甲基甲醯胺、N-甲基吡咯烷酮和氯仿的質量比為1 2 (1 3) :4:2;溶劑為N，N- 二甲基甲醯胺、N-甲基吡咯烷酮和二甲基亞碸的混合物時，N, N- 二甲基甲醯胺、N-甲基吡咯烷酮和二甲基亞碸的質量比為1 2 (1 3) :5:2;溶劑為N-甲基吡咯烷酮、氯仿和二甲基亞碸的混合物時，N-甲基吡咯烷酮、氯仿和二甲基亞碸的質量比為2 1 (1 5) 4 2;溶劑為N，N- 二甲基甲醯胺和N-甲基吡咯烷酮的混合物時，N，N- 二甲基甲醯胺和 N-甲基吡咯烷酮的質量比為1 (1 4) 5；溶劑為N-甲基吡咯烷酮和氯仿的混合物時，N-甲基吡咯烷酮和氯仿的混合物的質量比為1 (1 6) 5；溶劑為N-甲基吡咯烷酮和二甲基亞碸的混合物時，N-甲基吡咯烷酮和二甲基亞碸的質量比為1 (1 4) 5。
具體實施方式
八本實施方式與具體實施方式
一至七之一不同的是步驟三所述的反覆浸泡是重複進行浸泡後晾乾，每次浸泡1 2小時，重複操作2 6次。其它步驟和參數與具體實施方式
一至七之一相同。採用下述試驗驗證發明效果試驗一聚苯胺薄膜電極的製備方法是按下述步驟進行的步驟一、按苯胺與HCl的摩爾比為1 1將苯胺與摩爾濃度為2mol/L的稀鹽酸混合均勻，然後置於水浴中，溫度控制在0°c，邊攪拌(250r/min)邊逐滴滴加過硫酸銨，過硫酸銨與苯胺的摩爾比為1 2，滴加時間為池，繼續攪拌4小時，過濾，將過濾的濾餅置於質量濃度為8%的氨水中浸泡10h，過濾後用去離子水洗滌至洗液為中性，真空乾燥得本徵態聚苯胺；步驟二、向35mLN，N- 二甲基甲醯胺中加入0. 2g的抗壞血酸，混合均勻，然後邊攪拌邊加入1. Og步驟一獲得的本徵態聚苯胺直至配成飽和溶液；步驟三、將泡沫鎳放入飽和溶液中，反覆浸泡(重複進行浸泡後晾乾，每次浸泡2 小時，重複操作30次)，然後真空乾燥8小時；即得到聚苯胺薄膜電極。對此進行循環伏安測試，結果如圖1所示；從圖1可知，本實施方式的聚苯胺薄膜電極的比電容為1248. 87F/g。試驗二 聚苯胺薄膜電極的製備方法是按下述步驟進行的步驟一、按苯胺與HCl的摩爾比為1 3將苯胺與摩爾濃度為2mol/L的稀鹽酸混合均勻，然後置於水浴中，溫度控制在25°C，邊攪拌(253r/min)邊逐滴滴加過硫酸銨，過硫酸銨與苯胺的摩爾比為1 1，滴加時間為池，繼續攪拌4小時，過濾，將過濾的濾餅置於質量濃度為8%的氨水中浸泡10h，過濾後用去離子水洗滌至洗液為中性，真空乾燥得本徵態聚苯胺；步驟二、向30mLN_甲基吡咯烷酮中加入0. 3g的檸檬酸，混合均勻，然後邊攪拌邊加入3. Og步驟一獲得的本徵態聚苯胺直至配成飽和溶液；步驟三、將長約1 5cm的泡沫鎳放入飽和溶液中浸泡10小時，然後真空乾燥8 小時；即得到聚苯胺薄膜電極。
對此進行循環伏安測試，結果如圖2所示；從圖2可知，本實施方式的聚苯胺薄膜電極的比電容為489. 45F/g。
權利要求
1.聚苯胺薄膜電極的製備方法，其特徵在於聚苯胺薄膜電極的製備方法是按下述步驟進行的步驟一、按苯胺與HCl的摩爾比為1 (1 5)將苯胺與摩爾濃度為1. 0 3. Omol/L 的稀鹽酸混合均勻，然後置於水浴中，溫度控制在0 25°C，邊攪拌邊逐滴滴加過硫酸銨， 過硫酸銨與苯胺的摩爾比為1 (0.5 2)，滴加時間為1 3h，繼續攪拌4 6小時，過濾，將過濾的濾餅置於質量濃度為6% 10%的氨水中浸泡8 Mh，過濾後用去離子水洗滌至洗液為中性，真空乾燥得本徵態聚苯胺；步驟二、向30 50mL的溶劑中加入0. 2 0. 3g的還原劑，混合均勻，然後邊攪拌邊加入步驟一獲得的本徵態聚苯胺直至配成飽和溶液；步驟三、將泡沫鎳放入飽和溶液中浸泡8 M小時或者反覆浸泡，然後真空乾燥5 8小時；即得到聚苯胺薄膜電極。
2.根據權利要求1所述的聚苯胺薄膜電極的製備方法，其特徵在於步驟一所述苯胺與 HCl的摩爾比為1 0 4)。
3.根據權利要求1所述的聚苯胺薄膜電極的製備方法，其特徵在於步驟一所述苯胺與 HCl的摩爾比為1 3。
4.根據權利要求2所述的聚苯胺薄膜電極的製備方法，其特徵在於步驟一所述的過硫酸銨與苯胺的摩爾比為1 1。
5.根據權利要求2所述的聚苯胺薄膜電極的製備方法，其特徵在於步驟一所述的過硫酸銨與苯胺的摩爾比為1 1.5。
6.根據權利要求1 5中任一項權利要求所述的聚苯胺薄膜電極的製備方法，其特徵在於步驟二所述還原劑為檸檬酸、抗壞血酸或草酸。
7.根據權利要求1 5中任一項權利要求所述的聚苯胺薄膜電極的製備方法，其特徵在於步驟二所述的溶劑是N，N-二甲基甲醯胺、氯仿、二甲基亞碸中的一種或其中幾種與 N-甲基吡咯烷酮的混合物。
8.根據權利要求1所述的聚苯胺薄膜電極的製備方法，其特徵在於步驟三所述的反覆浸泡是重複進行浸泡後晾乾，每次浸泡1 2小時，重複操作10 50次。
全文摘要
聚苯胺薄膜電極的製備方法，它涉及一種薄膜電極的製備方法。本發明要解決現有聚苯胺薄膜電極製備方法存在工藝複雜、電池性能差的技術問題。方法如下一、將苯胺與稀鹽酸混合均勻，然後置於水浴中，邊攪拌邊逐滴滴加過硫酸銨繼續攪拌，過濾，將過濾的濾餅置於氨水中浸泡，過濾後用去離子水洗滌，真空乾燥得本徵態聚苯胺；步驟二、向的溶劑中加入還原劑，混合均勻，然後邊攪拌邊加入本徵態聚苯胺直至配成飽和溶液；步驟三、將泡沫鎳放入飽和溶液中浸泡，然後真空乾燥；即得到聚苯胺薄膜電極。本發明中電極的可控性較強，電極較穩定，電化學性能較好，具有較高的比電容。本發明製備製備工藝簡便，成本低廉，無汙染，有廣泛的應用前景。
文檔編號H01G9/04GK102568841SQ201210003788
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月6日 優先權日2012年1月6日
發明者孟高才, 田園, 金政 申請人:黑龍江大學