專利名稱：一種超級電容器用聚苯胺納米纖維電極材料的制備方法
技術領域：
本發明公開了一種超級電容器用聚苯胺納米纖維電極材料的制備方法，屬于電化
學和新能源材料領域。
背景技術：
超級電容器也叫電化學電容器是20世紀七八十年代發展起來的，介于常規電容 器和蓄電池之間的新型能源設備。廣泛應用于動力系統(如混合電動車)；電子器件(如 電子設備輔助電源)；航空航天(如飛機)等領域。電極材料是影響電容器性能的主要因 素，在眾多導電聚合物中，聚苯胺納米纖維由于具有比容量高，結構低維，價格低廉，易于合 成等優點，目前已經成為超級電容器電極材料研究的一個熱點。 聚苯胺納米纖維的制備方法主要有化學方法和電化學方法。化學方法簡單、便宜， 適于大批量生產，主要包括模板法，電紡絲法，界面聚合，稀溶液聚合，快速混聚等；電化學 聚合作為化學聚合方法的補充，通過控制氧化還原電壓精確控制納米纖維的尺寸和聚合速 率，合成比電容更高，循環穩定性更好的納米結構聚苯胺。但該方法受限于電極面積，不適 合大規模生產。 室溫界面聚合能有效抑制聚苯胺的二次生長，合成的中間氧化態綠色翠綠亞 胺能不斷溶于水相，使得界面處連續進行聚合反應，避免了團聚現象發生[J. X. Huang， R. B. Kaner. J. Am. Chem. Soc. ，2004， 126 :851-855.]。水系系統加入少量引發劑可以使得聚 苯胺納米纖維更長并減少交聯纏結[H. D. Tran， Y. Wang， J. M. D' Arcy， et al. ACS Nano.， 2008，2 :1841-1848.]。 選取低溫條件下，結合界面聚合以及加入引發劑來制備聚苯胺納米纖維，從而使 聚苯胺具有良好的一維方向性、導電性以及電化學性能，尚未見報道。
發明內容
本發明的目的在于提供一種超級電容器用聚苯胺納米纖維電極材料的制備方法。 聚苯胺納米纖維采用界面聚合法低溫聚合制備，通過加入引發劑使制備的聚苯胺納米纖維 具有比傳統界面聚合法更好的一維方向性和電化學性能。 —種超級電容器用聚苯胺納米纖維電極材料的制備方法，工藝步驟為
苯胺與引發劑溶于二氯甲烷有機相，氧化劑溶于無機酸摻雜劑水相，O l(TC下 界面聚合，然后經過分液，洗滌，干燥制備而成；其中二氯甲烷有機相與無機酸摻雜劑水相 的體積比為1 : l，苯胺濃度范圍為0. 02 lmol/L，引發劑濃度范圍為0. 02 0. 002mo1/
L，苯胺與氧化劑的摩爾比范圍i : 1 8 : i。 所述聚苯胺納米纖維長度控制在500nm 50 ii m的范圍、直徑控制在1 Onm 200nm的范圍。 所述聚苯胺納米纖維比容量范圍在300 lOOOFg—、 所述的洗滌方式為普通過濾、透析、抽濾；反應時間為6 48小時；干燥為室溫真空干燥24 48小時。
所述的氧化劑為過硫酸銨、氯化鐵；引發劑為對苯二胺、苯胺二聚體、苯胺三聚體；
無機酸摻雜劑為鹽酸、硫酸、高氯酸、草酸。 優點或積極效果 采用界面聚合法，加入引發劑，低溫聚合制備的聚苯胺納米纖維作為超級電容器 的電極材料具有以下優點(i)界面聚合可以有效抑制聚苯胺納米纖維的團聚及二次生長， 引發劑使得反應初期聚苯胺均勻形核(ii)聚苯胺納米纖維尺寸結構可控、均勻規整(iii)
一步合成，制備工藝簡單，成本低廉(V)優異的電化學性能。
圖1聚苯胺納米纖維制備表征技術路線圖。 圖2聚苯胺納米纖維I的SEM照片。 圖3聚苯胺納米纖維I不同放電電流下的充放電曲線。 圖4聚苯胺納米纖維I比電容與電流的關系圖。 圖5聚苯胺納米纖維II比電容與電流的關系圖。 圖6聚苯胺納米纖維III比電容與電流的關系圖。 圖7聚苯胺納米纖維IV比電容與電流的關系圖。 圖8聚苯胺納米纖維V比電容與電流的關系圖。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明做進一步說明，但并不限定本發明的保護范圍
實施例1 :超級電容器電極材料聚苯胺納米纖維I。 苯胺單體4mmo1與10mg對苯二胺溶于80ml 二氯甲烷，過硫酸銨O. 23g溶于80ml， lmol/L鹽酸，將兩種溶液混合，在rC下聚合12小時，合成聚苯胺納米纖維。分液，抽濾，分 別用去離子水、乙醇沖洗，室溫真空干燥24小時得到聚苯胺納米纖維粉末。對制備的聚苯 胺納米纖維進行場發射掃描電鏡形貌表征(如圖2)，表明，制備的聚苯胺納米纖維直徑約 為100nm，長度lym。對所制備的聚苯胺納米纖維進行三電極體系電化學測試電解液為 lmol/L H^(V參比電極為Ag/AgCl，輔助電極為鉑金電極。測試表明在放電電流為lmA時， 聚苯胺納米纖維的比電容達到549Fg—、隨著電流密度從lmA增加到10mA，比容量衰減12X， 如圖3、4所示。 實施例2 :超級電容器電極材料聚苯胺納米纖維II。 苯胺單體8mmo1與20mg對苯二胺溶于40ml 二氯甲烷，過硫酸銨O. 46g溶于40ml， lmol/L鹽酸，將兩種溶液混合，在1 t:下聚合6小時，合成聚苯胺納米纖維。分液，抽濾，分別 用去離子水、乙醇沖洗，室溫真空干燥24小時得到聚苯胺納米纖維粉末。對制備的聚苯胺 納米纖維進行三電極體系電化學測試電解液為lmol/L H^(^參比電極為Ag/AgCl，輔助 電極為鉑金電極。測試表明在放電電流為lmA時，聚苯胺納米纖維的比電容達到459Fg—、 隨著電流密度從lmA增加到10mA，比容量衰減13%。如圖5所示。
實施例3 :超級電容器電極材料聚苯胺納米纖維III。 苯胺單體8mmo1與20mg對苯二胺溶于40ml 二氯甲烷，過硫酸銨O. 46g溶于40ml，lmol/L硫酸，將兩種溶液混合，在rC下聚合12小時，合成聚苯胺納米纖維。分液，抽濾， 分別用去離子水、乙醇沖洗，室溫真空干燥24小時得到聚苯胺納米纖維粉末。對制備的聚 苯胺納米纖維進行三電極體系電化學測試電解液為lmol/L H^(^參比電極為Ag/AgCl， 輔助電極為鉑金電極。測試表明在放電電流為lmA時，聚苯胺納米纖維的比電容達到 484.66Fg—、隨著電流密度從lmA增加到10mA，比容量衰減15. 9% 。如圖6所示。
實施例4 :超級電容器電極材料聚苯胺納米纖維IV。 苯胺單體8mmo1與5mg對苯二胺溶于40ml 二氯甲烷，過硫酸銨0. 46g溶于40ml， lmol/L鹽酸，將兩種溶液混合，在1 t:下聚合12小時，合成聚苯胺納米纖維。分液，抽濾， 分別用去離子水、乙醇沖洗，室溫真空干燥24小時得到聚苯胺納米纖維粉末。對制備的聚 苯胺納米纖維進行三電極體系電化學測試電解液為lmol/L H2S04，參比電極為Ag/AgCl， 輔助電極為鉑金電極。測試表明在放電電流為lmA時，聚苯胺納米纖維的比電容達到 517.97Fg—、隨著電流密度從lmA增加到10mA，比容量衰減16. 2% 。如圖7所示。
實施例5 :超級電容器電極材料聚苯胺納米纖維V。 苯胺單體8mmo1與20mg對苯二胺溶于40ml 二氯甲烷，過硫酸銨O. 46g溶于40ml， lmol/L鹽酸，將兩種溶液混合，在25t:下聚合12小時，合成聚苯胺納米纖維。分液，抽濾， 分別用去離子水、乙醇沖洗，室溫真空干燥24小時得到聚苯胺納米纖維粉末。對制備的聚 苯胺納米纖維進行三電極體系電化學測試電解液為lmol/L H^(^參比電極為Ag/AgCl， 輔助電極為鉑金電極。測試表明在放電電流為lmA時，聚苯胺納米纖維的比電容達到 522.47Fg—、隨著電流密度從lmA增加到10mA，比容量衰減15. 7% 。如圖8所示。
權利要求
一種超級電容器用聚苯胺納米纖維電極材料的制備方法，其特征在于工藝步驟為苯胺與引發劑溶于二氯甲烷有機相，氧化劑溶于無機酸摻雜劑水相，0～30℃下界面聚合，然后經過分液，洗滌，干燥制備而成；其中二氯甲烷有機相與無機酸摻雜劑水相的體積比為1∶1，苯胺濃度范圍為0.02～1mol/L，引發劑濃度范圍為0.02～0.002mol/L，苯胺與氧化劑的摩爾比范圍1∶1～8∶1。
2. 根據權利要求1所述的方法制備的電極材料，其特征在于所述聚苯胺納米纖維長 度控制在500nm 50iim的范圍、直徑控制在1 Onm 200nm的范圍。
3. 根據權利要求1所述的方法制備的電極材料，其特征在于所述聚苯胺納米纖維比 容量范圍在300 1000F g—、
4. 根據權利要求l所述的方法，其特征在于洗滌方式為普通過濾、透析、抽濾；反應時 間為6 48小時；干燥為室溫真空干燥24 48小時。
5. 根據權利要求l所述的方法，其特征在于氧化劑為過硫酸銨或氯化鐵；引發劑為對 苯二胺、苯胺二聚體或苯胺三聚體；無機酸摻雜劑為鹽酸、硫酸、高氯酸或草酸。
全文摘要
本發明公開了一種超級電容器用聚苯胺納米纖維電極材料的制備方法，屬于電化學和新能源材料領域。其特征在于工藝步驟為苯胺與引發劑溶于二氯甲烷有機相，氧化劑溶于無機酸摻雜劑水相，0～30℃下界面聚合，然后經過分液，洗滌，干燥制備而成；其中二氯甲烷有機相與無機酸摻雜劑水相的體積比為1∶1，苯胺濃度范圍為0.02～1mol/L，引發劑濃度范圍為0.02～0.002mol/L，苯胺與氧化劑的摩爾比范圍1∶1～8∶1。本發明制備出結構可控的聚苯胺納米纖維，具有良好的一維方向性、導電性以及電化學性能。該電極材料的比電容可達549Fg-1，同時該材料具有制備工藝簡單的優點。
文檔編號H01G9/058GK101710541SQ200910243308
公開日2010年5月19日 申請日期2009年12月17日 優先權日2009年12月17日
發明者關慧, 馮玉川, 王尋, 范麗珍, 韓凌 申請人:北京科技大學