一种茄子基复合柔性电极材料的制备方法与流程

本发明涉及一种茄子基复合柔性电极材料的制备方法，属于能源新材料领域。

背景技术：

超级电容器又叫双电层电容器(Electrical Double-Layer Capacitor)是一种新型储能装置，它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。按原理分为双电层型超级电容器和赝电容型超级电容器，这也是目前市场上主要应用的两种超级电容器。双电层电容器分为活性碳电极材料、碳纤维电极材料、碳气凝胶电极材料和碳纳米管电极材料；赝电容型超级电容器分为金属氧化物电极材料与聚合物电极材料。金属氧化物包括NiOx、MnO₂、V₂O₅等作为正极材料，活性炭作为负极材料制备的超级电容器，导电聚合物材料包括聚吡咯(PPy)、聚噻吩(PTH)、聚苯胺(PANi)等经P型或N型或P/N型掺杂制取电极，以此制备超级电容器。这一类型超级电容器具有非常高的能量密度。超级电容器与二次电池的组合可以作为电动汽车的电源启动装置，具有非常喜人的应用前景。

在超级电容器的各种电极材料中，价格低廉、含量丰富的生物质材料是最易获取的。中国专利申请公布号CN105836746A,名称为“一种超级电容器用海绵状多孔碳材料的制备方法”，提出了将稻壳在氮气气氛保护状态下进行高温活化处理得到多孔碳材料制备电极材料，这种方法能耗低、步骤简单和易于操作，但是此方法将稻壳作为碳源，其制备多孔碳材料电容器比容量较小，循环稳定性一般。中国专利申请公布号CN105948042A,名称为“一种超级电容器用活性炭的制备方法”，提出了将粉碎的生物质材料加热活化，解决了碳材料孔隙分布不均的问题，使碳材料结构一致性提高，但是这种方法多次利用高温处理，能耗较大，得到的电极材料比容量和稳定性较差。

现在各种电极材料中直接将生物质材料作为碳源利用高温活化得到的电容器比表面积较大，步骤简单，但是其比容量和循环稳定性不好等缺点。

技术实现要素：

针对上述存在问题，本发明的目的是直接采用茄子片作为复合电极基材利用原位氧化的方式提出了一种茄子基复合柔性电极的制备方法，所述方法简单、能耗低，得到的电极材料在水相电解液条件下比容量超大，循环稳定性良好。可用于制备超级电容器。

为了实现上述目的，本发明的技术解决方案为:

A按质量浓度为

甲胺 3％

氢氧化钾 30％

三乙烯二胺 0.1％

配制在100ml去离子水里，得到碱胺溶液。

B将茄子切成大小相同的片状，将其用100ml体积比为1：1的乙醇和去离子水混合液清洗干净，然后将将茄子片按质量比为1:2～1:5的比例浸没在碱胺溶液中，在40～60℃下反应20～60min，水洗、干燥，，然后将其在50℃热压1～2min。

C将热压后得到的茄子片放入0.1～1mol/l HF酸溶液里，在温度为20～50℃条件下水浴下搅拌1～2h，以去除茄子里面的杂质；过滤清洗后得到去除杂质的茄子片，接着将其放入冰箱中冷冻。将冷冻的茄子片放入冷冻干燥机中冻干24h；

D将冻干后的茄子片放入混有表面活性剂的吡咯或苯胺的水溶液中，在冰水浴的条件下搅拌，缓慢滴加FeCl₃或过硫酸铵溶液，反应时间为0.5～2.5h。

所述的表面活性剂为阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵或阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠。

E将经过步骤D处理的茄子基复合电极材料放入浓度为0.1～1mol/l的盐酸溶液中，在室温下搅拌0.5h，水洗，干燥，而后放入pH值为2～4的硫酸溶液中，在室温下搅拌1h，水洗，干燥；然后将其放入无水乙醇和丙醇的混合液中清洗三遍，最后将其用去离子水清洗直至没有杂质，然后将其放入冰箱，冷冻干燥24h。

附图说明

图1为纯茄子和反应1.5h后茄子基复合柔性电极的电镜照片。

图2为反应1.5h后茄子基复合柔性电极在不同扫数下的循环伏安图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

一种茄子基复合柔性电极材料的制备方法，所述的制备方法按以下步骤进行：

A按质量浓度为

甲胺 3％

氢氧化钾 30％

三乙烯二胺 0.1％

配制在100ml去离子水里，得到碱胺溶液。

B将茄子切成面积相同、厚度为0.5～2cm的片状，将茄子片用100ml体积比为1:1乙醇和去离子水的混合液清洗干净，然后将将茄子片按质量比为1:2～1:5的比例浸没在步骤A配制的碱胺溶液中，在40～60℃下反应20～60min，水洗、干燥，然后将其在50℃热压1～2min。

C将步骤B热压后得到的茄子片放入100ml 0.1～1mol/l HF酸溶液里，在温度为20～50℃条件下水浴下搅拌1～2h，以去除茄子里面的杂质；过滤清洗后得到去除杂质的茄子片，接着将其放入冰箱中冷冻。将冷冻的茄子片放入冷冻干燥机中冻干24h。

D将冻干后的茄子片放入100ml混有表面活性剂的吡咯或苯胺的水溶液中，在冰水浴的条件下搅拌，缓慢滴加100ml FeCl₃或过硫酸铵溶液，反应时间为0.5～2.5h。

E将经过步骤D处理的茄子基复合电极材料放入50ml 0.1～1.mol/l的盐酸溶液中，在室温下搅拌0.5h，水洗，干燥，而后放入100ml pH值为2～4的硫酸溶液中，在室温下搅拌1h，水洗，干燥；然后将其放入100ml体积比为1：1的无水乙醇和丙醇的混合液中清洗三遍，最后将其用去离子水清洗直至没有杂质，然后将其放入冰箱，冷冻干燥24h。

所述的表面活性剂为阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵或阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠。

具体实施例

实施例1

A按质量浓度为

甲胺 3％

氢氧化钾 30％

三乙烯二胺 0.1％

配制在100ml去离子水里，得到碱胺溶液。

B将茄子切成大小相同的片状，将其用100ml体积比为1：1的乙醇和去离子水混合液清洗干净，然后将将茄子片按质量比为1:2的比例浸没在碱胺溶液中，在40℃下反应20min，水洗、干燥，，然后将其在50℃热压2min。

C将热压后得到的茄子片放入1mol/l HF酸溶液里，在温度为50℃条件下水浴下搅拌2h，以去除茄子里面的杂质；过滤清洗后得到去除杂质的茄子片，接着将其放入冰箱中冷冻。将冷冻的茄子片放入冷冻干燥机中冻干24h。

D将冻干后的茄子片放入100ml混有阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵的吡咯水溶液中，在冰水浴的条件下搅拌，缓慢滴加100ml FeCl₃溶液；当FeCl₃溶液滴加完毕开始计时，0.5h后取出茄子基复合电极材料。

E将经过步骤D处理的茄子基复合电极材料放入浓度为1mol/l的盐酸溶液中，在室温下搅拌0.5h，水洗，干燥，而后放入pH值为2的硫酸溶液中，在室温下搅拌1h，水洗，干燥；然后将其放入无水乙醇和丙醇的混合液中清洗三遍，最后将其用去离子水清洗直至没有杂质，然后将其放入冰箱，冷冻干燥24h。

实施例2

A按质量浓度为

甲胺 3％

氢氧化钾 30％

三乙烯二胺 0.1％

配制在100ml去离子水里，得到碱胺溶液。

B将茄子切成大小相同的片状，将其用100ml体积比为1：1的乙醇和去离子水混合液清洗干净，然后将将茄子片按质量比为1:5的比例浸没在碱胺溶液中，在60℃下反应60min，水洗、干燥，，然后将其在50℃热压1min；

C将热压后得到的茄子片放入0.1mol/l HF酸溶液里，在温度为20℃条件下水浴下搅拌1h，以去除茄子里面的杂质；过滤清洗后得到去除杂质的茄子片，接着将其放入冰箱中冷冻。将冷冻的茄子片放入冷冻干燥机中冻干24h；

D将冻干后的茄子片放入100ml混有阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠的苯胺水溶液中，在冰水浴的条件下搅拌，缓慢滴加过硫酸铵溶液；当过硫酸铵溶液滴加完毕开始计时，1h后取出茄子基复合电极材料；

E将经过步骤D处理的茄子基复合电极材料放入浓度为0.1mol/l的盐酸溶液中，在室温下搅拌0.5h，水洗，干燥，而后放入pH值为4的硫酸溶液中，在室温下搅拌1h，水洗，干燥；然后将其放入无水乙醇和丙醇的混合液中清洗三遍，最后将其用去离子水清洗直至没有杂质，然后将其放入冰箱，冷冻干燥24h。

实施例3

A按质量浓度为

甲胺 3％

氢氧化钾 30％

三乙烯二胺 0.1％

配制在100ml去离子水里，得到碱胺溶液。

B将茄子切成大小相同的片状，将其用100ml体积比为1：1的乙醇和去离子水混合液清洗干净，然后将将茄子片按质量比为1:2的比例浸没在碱胺溶液中，在40℃下反应20min，水洗、干燥，，然后将其在50℃热压2min；

C将热压后得到的茄子片放入1mol/l HF酸溶液里，在温度为50℃条件下水浴下搅拌2h，以去除茄子里面的杂质；过滤清洗后得到去除杂质的茄子片，接着将其放入冰箱中冷冻。将冷冻的茄子片放入冷冻干燥机中冻干24h；

D将冻干后的茄子片放入100ml混有阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵的吡咯水溶液中，在冰水浴的条件下搅拌，缓慢滴加100ml FeCl₃溶液；当FeCl₃溶液滴加完毕开始计时，1.5h后取出茄子基复合电极材料；

E将经过步骤D处理的茄子基复合电极材料放入浓度为1mol/l的盐酸溶液中，在室温下搅拌0.5h，水洗，干燥，而后放入pH值为2的硫酸溶液中，在室温下搅拌1h，水洗，干燥；然后将其放入无水乙醇和丙醇的混合液中清洗三遍，最后将其用去离子水清洗直至没有杂质，然后将其放入冰箱，冷冻干燥24h。

实施例4

A按质量浓度为

甲胺 3％

氢氧化钾 30％

三乙烯二胺 0.1％

配制在100ml去离子水里，得到碱胺溶液。

B将茄子切成大小相同的片状，将其用100ml体积比为1：1的乙醇和去离子水混合液清洗干净，然后将将茄子片按质量比为1:5的比例浸没在碱胺溶液中，在60℃下反应60min，水洗、干燥，，然后将其在50℃热压1min；

C将热压后得到的茄子片放入0.1mol/l HF酸溶液里，在温度为20℃条件下水浴下搅拌1h，以去除茄子里面的杂质；过滤清洗后得到去除杂质的茄子片，接着将其放入冰箱中冷冻。将冷冻的茄子片放入冷冻干燥机中冻干24h；

D将冻干后的茄子片放入100ml混有阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠的苯胺水溶液中，在冰水浴的条件下搅拌，缓慢滴加过硫酸铵溶液；当过硫酸铵溶液滴加完毕开始计时，2h后取出茄子基复合电极材料；

E将经过步骤D处理的茄子基复合电极材料放入浓度为0.1mol/l的盐酸溶液中，在室温下搅拌0.5h，水洗，干燥，而后放入pH值为4的硫酸溶液中，在室温下搅拌1h，水洗，干燥；然后将其放入无水乙醇和丙醇的混合液中清洗三遍，最后将其用去离子水清洗直至没有杂质，然后将其放入冰箱，冷冻干燥24h。

实施例5

A按质量浓度为

甲胺 3％

氢氧化钾 30％

三乙烯二胺 0.1％

配制在100ml去离子水里，得到碱胺溶液。

B将茄子切成大小相同的片状，将其用100ml体积比为1：1的乙醇和去离子水混合液清洗干净，然后将将茄子片按质量比为1:2的比例浸没在碱胺溶液中，在40℃下反应20min，水洗、干燥，，然后将其在50℃热压2min；

C将热压后得到的茄子片放入1mol/l HF酸溶液里，在温度为50℃条件下水浴下搅拌2h，以去除茄子里面的杂质；过滤清洗后得到去除杂质的茄子片，接着将其放入冰箱中冷冻。将冷冻的茄子片放入冷冻干燥机中冻干24h；

D将冻干后的茄子片放入100ml混有阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵的吡咯水溶液中，在冰水浴的条件下搅拌，缓慢滴加100ml FeCl₃溶液；当FeCl₃溶液滴加完毕开始计时，2.5h后取出茄子基复合电极材料；

E将经过步骤D处理的茄子基复合电极材料放入浓度为1mol/l的盐酸溶液中，在室温下搅拌0.5h，水洗，干燥，而后放入pH值为2的硫酸溶液中，在室温下搅拌1h，水洗，干燥；然后将其放入无水乙醇和丙醇的混合液中清洗三遍，最后将其用去离子水清洗直至没有杂质，然后将其放入冰箱，冷冻干燥24h。