一種制造多層復合電極薄膜的方法
【專利說明】一種制造多層復合電極薄膜的方法
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技術領域
[0002]本發明涉及電子材料及超級電容器技術領域，尤其是涉及一種制造多層復合電極薄膜的方法。
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【背景技術】
[0004]隨著社會進步、人民生活水平不斷提高，能源危機和環境保護等問題變得日益突出，開發新型能源、發展新型儲能設施成為我們必須解決的問題。超級電容器作為一種能量密度高、循環壽命長和安全性高的新型儲能裝置受到各國的重視。超級電容器又稱電化學電容器，其電極材料是最為關鍵部分，也是決定其性能的主要因素，因此開發具有優異性能的電極材料是超級電容器研究的核心問題。
[0005]導電聚合物是一類重要的超級電容器電極材料，其電容主要來自于法拉第贗電容。目前應用于超級電容器電極材料的導電聚合物主要有聚啦略(polypyrrole)、聚苯胺(polyaniline)、聚噻吩(polyth1phene)及其衍生物等。石墨稀由于其在電解液中有良好的電化學穩定性、電導率高和充放電快速等優點在電化學電容器方面得到了廣泛研究。石墨烯及其復合材料應用于超級電容器領域，利用其非常大的比表面積和高的導電率，可作為新一代超級電容器電極材料。
[0006]為得到高比容、高導電率、穩定性好的超級電容器電極，可制備導電聚合物/石墨烯復合電極材料。但是，傳統的導電聚合物/石墨烯復合材料通常采用化學方法，其所成薄膜會有較多雜質殘留，致使復合材料純度不高，穩定性不好，對超級電容器電極的電容充放電容量保持率、使用壽命等都有很大影響。
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【發明內容】
[0008]本發明的目的之一是提供一種工藝簡單、操作流程可控、時間短、成本低廉、效率高、成膜穩定性好的制造多層復合電極薄膜的方法。
[0009]本發明公開的技術方案包括:
提供了一種制造多層復合電極薄膜的方法，其特征在于，包括:將第一導電離子鹽、氧化石墨烯和第一導電聚合物單體溶于去離子水中，獲得第一電解液；將基片置于所述第一電解液中，在所述基片上電化學沉積形成導電聚合物/石墨烯復合薄膜；將第二導電離子鹽和第二導電聚合物單體溶于去離子水中，獲得第二電解液；將形成了所述導電聚合物/石墨烯復合薄膜的基片置于所述第二電解液中進行電化學聚合，在所述導電聚合物/石墨烯復合薄膜上形成導電聚合物層，獲得導電聚合物/石墨烯/導電聚合物復合薄膜；將氧化石墨烯分散于緩沖劑溶液中，獲得第三電解液；將形成了所述導電聚合物/石墨烯/導電聚合物復合薄膜的基片置于所述第三電解液中進行電化學還原，在所述導電聚合物/石墨烯/導電聚合物復合薄膜上形成石墨烯層，獲得導電聚合物/石墨烯/導電聚合物/石墨烯多層復合薄膜。
[0010]本發明的一個實施例中，所述第一導電離子鹽是高氯酸鹽、氯化鈉或者磷酸鹽，所述第一導電聚合物單體是苯胺、噻吩或者吡咯。
[0011 ] 本發明的一個實施例中，所述第二導電離子鹽是高氯酸鹽、氯化鈉或者磷酸鹽，所述第二導電聚合物單體是苯胺、噻吩或者吡咯。
[0012]本發明的一個實施例中，所述第一電解液中，氧化石墨烯的濃度為0.1至2毫克/毫升，第一導電離子鹽的濃度為0.2至I摩爾/升，第一導電離子鹽與第一導電聚合物單體的摩爾比為1:0.5至1:1。
[0013]本發明的一個實施例中，在所述基片上電化學沉積形成導電聚合物/石墨烯復合薄膜包括:使用循環伏安法在所述基片上電化學沉積形成導電聚合物/石墨烯復合薄膜，其中聚合電位為-1至1.6伏特，掃描速率為0.05-0.1伏特/秒。
[0014]本發明的一個實施例中，所述第二電解液中，第二導電離子鹽和第二導電聚合物單體的摩爾比為1: 0.5至1:1。
[0015]本發明的一個實施例中，將形成了所述導電聚合物/石墨烯復合薄膜的基片置于所述第二電解液中進行電化學聚合包括:使用循環伏安法或者恒電位法對置于所述第二電解液中的形成了所述導電聚合物/石墨烯復合薄膜的基片進行電化學聚合，從而在所述導電聚合物/石墨烯復合薄膜上形成導電聚合物層，其中，所述循環伏安法中，聚合電位為0-1.6伏特，掃描速率為0.05-0.1伏特/秒；所述的恒電位法中，聚合電位為1.2-1.4伏特，掃描速率為0.05-0.1伏特/秒。
[0016]本發明的一個實施例中，所述緩沖劑溶液為磷酸氫二鈉和/或磷酸二氫鈉的去離子水溶液。
[0017]本發明的一個實施例中，所述第三電解液中，磷酸根的濃度為10至300毫摩爾/升，氧化石墨稀的濃度為0.1至2暈克/暈升。
[0018]本發明的一個實施例中，將形成了所述導電聚合物/石墨烯/導電聚合物復合薄膜的基片置于所述第三電解液中進行電化學還原包括:使用循環伏安法或者恒電位法對置于所述第三電解液中的形成了所述導電聚合物/石墨烯/導電聚合物復合薄膜的基片進行電化學還原，從而在所述導電聚合物/石墨烯/導電聚合物復合薄膜上形成石墨烯層，其中，所述循環伏安法中，聚合電位為-1.5至O伏特，掃描速率為0.05-0.1伏特/秒。所述的恒電位法中，聚合電位為-1.2至-0.7伏特，掃描速率為0.05-0.1伏特/秒。
[0019]本發明的實施例中的方法工藝簡單，操作流程可控，時間短，成本低廉，效率高，綠色環保，所制的多層復合電極薄膜具有電容高，循環穩定性好等優點，適宜用作超級電容器電極材料。
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【附圖說明】
[0021]圖1是本發明一個實施例的制造多層復合電極薄膜的方法的流程示意圖。
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【具體實施方式】
[0023]下面將結合附圖詳細說明本發明的實施例的制造多層復合電極薄膜的方法的具體步驟。
[0024]圖1為本發明一個實施例的制造多層復合電極薄膜的方法的流程示意圖。
[0025]如圖1所示，在步驟10中，可以制備第一電解液。例如，一些實施例中，可以將第一導電離子鹽、氧化石墨烯和第一導電聚合物單體溶于去離子水中，從而獲得第一電解液。
[0026]本發明的一些實施例中，第一導電離子鹽可以是高氯酸鹽、氯化鈉或者磷酸鹽等等。第一導電聚合物單體可以是苯胺、噻吩或者吡咯等等。
[0027]本發明的一些實施例中，第一電解液中，氧化石墨烯的濃度可以為0.1至2毫克/毫升(mg/ml )，第一導電離子鹽的濃度可以為0.2至I摩爾/升(mol/1 )，第一導電離子鹽與第一導電聚合物單體的摩爾比可以為1:0.5至1:1。
[0028]獲得了第一電解液之后，在步驟20中，可以將基片置于該第一電解液中，在該基片上電化學沉積形成導電聚合物/石墨烯復合薄膜。
[0029]本發明的一些實施例中，基片可以是任何適合的基片，例如，一些實施例中，基片可以是氧化銦錫(ITO)玻璃。
[0030]本發明的一些實施例中，可以首先清洗基片，然后將清洗后的基片置于第一電解液中。然后，例如使用循環伏安法在該基片上電化學沉積形成導電聚合物/石墨烯復合薄膜。
[0031]例如，一些實施例中，在第一電解液中，可以以ITO玻璃為工作電極，鉑片電極為對電級，Ag/AgCl為參比電極，通過電化學工作站用循環伏安法進行電化學沉積，從而在基片上獲得導電聚合物/石墨烯復合薄膜。在該循環伏安法中，聚合電位可以為-1至1.6伏特，掃描速率可以為0.05-0.1伏特/秒，循環次數可以根據實際需要確定，例如，一個實施例中，循環次數可以為10次。
[0032]在步驟30中，可以制備第二電解液。例如，一些實施例中，可以將第二導電離子鹽和第二導電聚合物單體溶于去離子水中，從而獲得第二電解液。
[0033]本發明的一些實施例中，第二導電離子鹽可以是高氯酸鹽、氯化鈉或者磷酸鹽等等。第二導電聚合物單體可以是苯胺、噻吩或