超级电容器用Ni‑Anderson型杂多酸/石墨烯/聚苯胺复合电极材料及制备方法与流程

本发明属于超级电容器电极材料制备技术领域，具体说是涉及一种超级电容器用ni-anderson型杂多酸/石墨烯/聚苯胺复合电极材料及制备方法。

背景技术：

超级电容器作为一种新型的能量储存装置，与其他储能器件相比，具有较高的功率密度，快速充放电，循环寿命长，可操作温度范围宽，绿色环保等优点。根据储能原理，超级电容器可分为双电层电容电容器和赝电容电容器。双电层电容器需要电极材料具有较高的比表面积以保证电子能够更好地产生双电层，同时还需要保证较好的电子通道。石墨烯具有较高的热导率和较高的电子迁移率、优良的导电性能以及巨大的比表面积等优点，把石墨烯作为超级电容器的电极材料成为当前研究的热点。但由于石墨烯本身的易聚集性，使其很难达到理论的比表面积值和导电率，无法最大程度地发挥其作为超级电容器电极材料的性能。为此，对石墨烯进行改性和结构设计成为超级电容器应用的重要研究热点。其重点在于提高石墨烯的比表面积，石墨烯超级电容器双电层的物理储能机理注定其不能通过化学还原来储存更多的能量，为此可以考虑将双电层储能跟赝电容储能相结合，从而发挥各自的优势。

与石墨烯进行复合的赝电容电极材料主要包括与金属氧化物和聚合物电解质。杂多酸阴离子具有良好的氧化还原性、低成本等特点，是一种非常具有前景的超级电容器电极材料。复合的导电聚合物主要包括聚苯胺、聚吡咯、聚乙撑二氧噻吩等，及其衍生物。在这些聚合物材料中，聚苯胺(pani)因其高电容特性、低成本、制作容易等特性而成为最有前景的。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种超级电容器用ni-anderson型杂多酸/石墨烯/聚苯胺复合电极材料及制备方法。本发明制备方法简单，所制备的以石墨烯为基底的ni-anderson型杂多酸/石墨烯/聚苯胺复合材料中杂多酸与聚苯胺分布均匀，电化学性能良好。

本发明提供一种超级电容器用ni-anderson型杂多酸/石墨烯/聚苯胺复合电极材料的制备方法，包括如下步骤：

1)采用改进的hummers法合成氧化石墨烯go，合成步骤包括预氧化和二次氧化两个步骤；

2)将(nh4)6mo7o24﹒4h2o水溶液加热至沸腾，向其中加入溶有镍盐的水溶液，混合液在蒸气浴上蒸发，趁热过滤热溶液，冷却至室温，让其自然析出晶体，得到ni-anderson杂多酸；

3)取苯胺溶液、表面活性剂与氧化石墨烯go在水中超声混合后，加入溶有过硫酸铵的溶液，冰水浴搅拌；将制得的悬浮液离心洗涤，得到pani/go材料；

4)将pani/go材料和ni-anderson杂多酸在水中超声分散后，转移至内衬四氟乙烯的反应釜中进行水热反应；水热反应反应结束后，洗涤、冻干，得到ni-anderson型杂多酸/石墨烯/聚苯胺复合材料；

5)将步骤4)得到的复合材料研细后，按比例将复合材料、导电剂和粘结剂按混合，同时加入乙醇作为溶剂，磁力搅拌，烘至呈黏糊状，再涂于泡沫镍上并烘干，得到超级电容器用ni-anderson型杂多酸/石墨烯/聚苯胺复合电极材料。

上述步骤2)中，(nh4)6mo7o24﹒4h2o与镍盐的质量比为6:1～10:1。

上述步骤3)中，苯胺与氧化石墨烯的质量比为1:1～20:1；表面活性剂可以为十二烷基磺酸钠或十二烷基苯磺酸钠；冰水浴搅拌的时间为12～24h。

上述步骤4)中，水热温度为120～300℃，水热反应时间为8～48h。

上述步骤4)中，水热反应温度为160～250℃，水热反应温度为15～25h，ni-anderson型杂多酸与氧化石墨烯的质量比为1:1～30:1。优选的，ni-anderson型杂多酸与氧化石墨烯的质量比为1:1～10:1。

上述步骤4)中，冻干温度为-48～-80℃，时间为24～72h。

上述步骤5)中，导电剂是乙炔黑、碳纤维或科琴黑。

本发明还提供一种上述的制备方法得到的超级电容器用ni-anderson型杂多酸/石墨烯/聚苯胺复合电极材料。

本发明得到的ni-anderson型杂多酸/石墨烯/聚苯胺复合电极材料以koh溶液或h2so4溶液作为电解液，选择三电极体系测定其电化学性能，三电极体系参比电极可以为ag/agcl参比电极、饱和hgcl2参比电极。

和现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明采用的合成方法是水热法，简单方便，可大规模应用。制备的ni-anderson型杂多酸/石墨烯/聚苯胺复合材料，有效改善了单纯石墨烯易团聚的现象，大大提高了超级电容器的比电容能力，其比电容能力最高达1985f·g^-1。

附图说明

图1是本发明实施例2制备的的ni-anderson型杂多酸/石墨烯/聚苯胺复合材料的不同电流密度下的充放电曲线。

图2是本发明实施例2制备的ni-anderson型杂多酸/石墨烯/聚苯胺复合材料的不同扫描速率下的循环伏安曲线。

具体实施方式

本发明提供了一种ni-anderson型杂多酸/石墨烯/聚苯胺复合制备超级电容器电极的制备方法，为更好说明本发明的内容，下面结合具体实施例对本发明作以下进一步说明，但本发明并不受以下实施方式的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

实施例1

1)移取300μl的苯胺溶液于300ml去离子水中，加入10mg十二烷基磺酸钠，然后加入100mggo，超声分散30min～60min。

2)在上述溶液中加入50ml溶有0.7g的过硫酸铵的hcl溶液，hcl浓度为1m，冰水浴搅拌，搅拌时间为12～24h。最后将制得的悬浮液离心洗涤，备用。

3)将2)制备的pani/go加入到25ml去离子水中，加入0.25gni-anderson杂多酸，超声分散30min，转移至100ml内衬四氟乙烯的反应釜中进行反应，水热反应时间为16h，水热温度为180℃。

4)用去离子水洗涤若干次，冻干，冻干温度为-70℃，时间为72h，制得复合材料。

5)将复合材料研细，将复合材料、乙炔黑、聚四氟乙烯按照质量比为8:1:1混合，加入少量乙醇作为溶剂，磁力搅拌，烘至呈黏糊状，取适量涂于泡沫镍上并烘干；

6)以1mh2so4溶液作为电解液，选择三电极体系测定其电化学性能，三电极体系参比电极为ag/agcl参比电极。

通过电化学性能测试，在恒电流下进行充放电测试，电流密度分别为0.5a·g^-1、1a·g^-1、2a·g^-1、5a·g^-1、10a·g^-1、20a·g^-1。在0.5a·g^-1电流密度下，比电容为470f·g^-1。

实施例2

1)移取1000μl的苯胺溶液于300ml去离子水中，加入35mg十二烷基磺酸钠，然后加入100mggo，超声分散30min～60min。

2)在上述溶液中加入150ml溶有2.3g的过硫酸铵的hcl溶液，hcl浓度为1m，冰水浴搅拌，搅拌时间为12～24h。最后将制得的悬浮液离心洗涤，备用。

说明：其余3)～6)步骤与实例1相同，不再赘述。

通过电化学性能测试，在恒电流下进行充放电测试，电流密度分别为0.5a·g^-1、1a·g^-1、2a·g^-1、5a·g^-1、10a·g^-1、20a·g^-1。在0.5a·g^-1电流密度下，比电容为1985f·g^-1。

实施例3

1)移取2000μl的苯胺溶液于300ml去离子水中，加入65mg十二烷基磺酸钠，然后加入100mggo，超声分散30min～60min。

2)在上述溶液中加入300ml溶有4.7g的过硫酸铵的hcl溶液，hcl浓度为1m，冰水浴搅拌，搅拌时间为12～24h。最后将制得的悬浮液离心洗涤，备用。

说明：其余3)～6)步骤与实例2相同，不再赘述。

通过电化学性能测试，在恒电流下进行充放电测试，电流密度分别为0.5a·g^-1、1a·g^-1、2a·g^-1、5a·g^-1、10a·g^-1、20a·g^-1。在0.5a·g^-1电流密度下，比电容为867f·g^-1。