一种由纳米树状聚苯胺构成的超级电容器电极及其制备方法_2

文档序号:9351371阅读:来源:国知局
极普遍存在的 比电容低之技术难题。
[0030] 进一步,本发明制备的超级电容器电极具有操作简单、成本低廉、绿色环保,对生 产设备要求低、适于大规模生产等特点。
[0031] 进一步,本发明制备的超级电容器电极,在_0. 20~0. 80V电压范围内出现导电聚 苯胺的两对典型氧化还原峰,表现出明显的法拉第电容特性,在电流密度lA/g下的比电容 为 634. 7 ~812. 5F/g。
【附图说明】
[0032] 图1、实施例1所得的由纳米树状聚苯胺构成的超级电容器电极在电压扫描速率 lmV/s的循环伏安曲线图;
[0033] 图2、实施例1所得的由纳米树状聚苯胺构成的超级电容器电极在电流密度lA/g 的恒电流充放电曲线图。
【具体实施方式】
[0034] 下面通过实施例并结合附图对本发明进一步详细描述,但并不限制本发明。
[0035] 本发明的各实施例中所用的原料除以下述特殊说明外,其他均购自上海国药集团 化学试剂有限公司;
[0036] 4. 0代聚酰胺-胺树状大分子购自美国Sigma-Aldrich公司。
[0037] 导电炭黑、乙炔黑均购自天津天一世纪化工产品科技发展有限公司;
[0038] 管径平均为10nm,长度为12 ym的单壁碳纳米管购自山东大展纳米材料有限公 司;
[0039] 分子量为1100000的聚偏氟乙稀或固含量为60%的聚四氟乙稀浓缩分散液购于 上海晶纯生化科技股份有限公司;
[0040] 500目不锈钢网购自华鑫五金筛网厂。
[0041] 实施例1
[0042] 一种由纳米树状聚苯胺构成的超级电容器电极,通过包括如下步骤的方法制备而 成:
[0043] (1)、纳米树状聚苯胺的制备
[0044] 其制备过程所用的原料,按重量份数计算,其组成及含量如下:
[0045] 树状大分子 0.2份 苯胺 1份 氧化剂 K5份 质子酸 110份
[0046] 其中所述的树状大分子为4. 0代的聚酰胺-胺;
[0047] 所述的氧化剂为过硫酸铵;
[0048] 所述的质子酸为浓度为lmol/L的盐酸水溶液;
[0049] 其制备过程具体步骤如下:
[0050] ①、将0. 2g树状大分子和15mL无水乙醇依次加入到四颈烧瓶中,在200W功率下 超声处理25min,得到浓度为13. 33g/L的树状大分子乙醇溶液,然后加入100g质子酸和lg 苯胺,继续在200W功率下超声处理25min,得到混合溶液;
[0051] ②、于另一烧杯中加入1. 5g氧化剂和剩余的10g质子酸,在100W功率下超声处理 10min,得到含氧化剂的均相酸溶液;
[0052] ③、在温度0°C、搅拌速度1500r/min下,控制滴加速率为0. 6mL/min将步骤②所 得含氧化剂的均相酸溶液滴加到步骤①所得混合溶液中,滴加结束后,控制温度〇°c进行反 应10h,所得反应液在转速8000r/min下离心5min,所得沉淀依次用二次蒸馏水、无水乙醇 和丙酮各洗涤3次,然后控制温度60°C、压力-0.1 MPa进行真空干燥12h,即得纳米树状聚 苯胺;
[0053] 上述制备过程所得的聚苯胺,经扫描电子显微镜(FEI Quanta200 FEG,荷兰FEI公 司)观察,呈现出由直径约4nm、长度约18nm的纳米棒组装而成的纳米树状结构。经全自动 比表面积及孔隙度分析仪(Aut 〇S〇rb-lMSI82,美国康塔公司)测定,其比表面积约45. 3m2/ g ;
[0054]⑵、将l〇mg导电齐丨」、10mg粘结剂、100mg无水乙醇和80mg步骤⑴中③所得纳米 树状聚苯胺在300W功率下超声处理2h,得到混合浆料,然后将所得混合浆料涂覆于经预处 理的500目不锈钢网上,涂覆面积为1 X lcm2,涂覆厚度80 y m,然后控制温度60°C进行干燥 10h,最后在压力lOMPa下进行压片lmin,即得由纳米树状聚苯胺构成的超级电容器电极;
[0055] 上述所用的纳米树状聚苯胺、导电剂、粘结剂和无水乙醇的量,按重量份数计算, 其含量如下:
[0056] 纳米树状聚苯胺 80份 导电剂 10份 粘结剂 m份 无水乙醇 100份;
[0057] 其中所述的导电剂为乙炔黑;
[0058] 所述的粘结剂为分子量为1100000的聚偏氟乙稀;
[0059] 所述的经预处理的500目不锈钢网,即首先将500目不锈钢网在温度60°C的 lmol/L NaOH水溶液中浸泡lh后,接着在丙酮中浸泡5h取出,最后在温度80°C下进行干燥 6h,即得经预处理的不锈钢网。
[0060] 通过电化学工作站(CHI 700E,上海辰华仪器有限公司),采用三电极测试体系 (即以上述所得的由纳米树状聚苯胺构成的超级电容器电极为工作电极,饱和甘汞电极为 参比电极,铂丝为对电极),在体积30mL、浓度0. 5mol/L的职04水溶液电解质中,按照lmV/ s电压扫描速率测试了所制备的由纳米树状聚苯胺构成的超级电容器电极的循环伏安曲 线,结果见图1所示,从图1中可以看出,在-0.2~0.8V电压范围内出现导电聚苯胺的两 对特征氧化还原峰,表现出明显的导电聚苯胺的法拉第电容特性;其在电流密度为lA/g下 的恒电流充放电曲线,结果如图2所示,从图2中可以得出,其比电容为812. 5F/g。
[0061] 实施例2
[0062] 一种由纳米树状聚苯胺构成的超级电容器电极,通过包括如下步骤的方法制备而 成:
[0063] (1)、纳米树状聚苯胺的制备,同实施例1的步骤(1);
[0064] 上述制备过程所得的纳米树状聚苯胺,呈现由直径约4nm、长度约18nm的纳米棒 组装而成的纳米树状结构,其比表面积约45. 3m2/g ;
[0065] ⑵、将2mg导电剂、8. 3mg粘结剂、100mg无水乙醇和93mg步骤⑴中的③所得纳 米树状聚苯胺在300W功率下超声处理2h,得到混合浆料,然后将所得的混合浆料涂覆于经 预处理的500目不锈钢网上,涂覆面积为1 X lcm2,涂覆厚度100 y m,然后控制温度60°C进 行干燥l〇h,最后在压力lOMPa下进行压片lmin,即得由纳米树状聚苯胺构成的超级电容器 电极。
[0066] 上述所用的纳米树状聚苯胺、导电剂、粘结剂和无水乙醇的量,按重量份数计算, 其含量如下:
[0067] 纳米树状聚苯胺 93份 导电剂 2份 粘结剂 8.3份 无水乙醇 100份;
[0068] 其中所述的导电剂为管径平均为10nm,长度为12iim的单壁碳纳米管;
[0069] 所述的粘结剂为固含量为60%的聚四氟乙稀浓缩分散液;
[0070] 所述的500目不锈钢网预处理方法,与实施例1的步骤相同。
[0071] 上述所得的由纳米树状聚苯胺构成的超级电容器电极,在_0. 20~0. 80V电压范 围内出现导电聚苯胺的两对氧化还原峰,表现出明显的导电聚苯胺法拉第电容特性,在电 流密度为lA/g下的恒电流充放电曲线表明,其比电容为634. 7F/g。
[0072] 实施例3
[0073] -种由纳米树状聚苯胺构成的超级电容器电极,通过包括如下步骤的方法制备而 成:
[0074] (1)、纳米树状聚苯胺的制备,同实施例1的步骤(1);
[0075] 上述制备过程所得的纳米树状聚苯胺,呈现由直径约4nm、长度约18nm的纳米棒 组装而成的纳米树状结构,其比表面积约45. 3m2/g ;
[0076] ⑵、将5mg导电剂、5mg粘结剂、100mg无水乙醇和90mg步骤⑴中的③所得纳米 树状聚苯胺控制300W功率下超声处理2h进行混合,得到混合浆料,然后将所得的混合浆料 涂覆于经预处理的500目不锈钢网上,涂覆面积为1 X lcm2,涂覆厚度100 y m,然后控制温 度60°C进行干燥10h,最后在压力lOMPa下进行压片lmin,即得由纳米树状聚苯胺构成的超 级电容器电极;
[0077] 上述所用的纳米树状聚苯胺、导电剂、粘结剂和无水乙醇的量,按重量份数计算, 其含量如下:
[0078] 纳米树状聚苯胺 90份 导电剂 5份 粘结剂 5份 无
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