专利名称：聚苯胺薄膜电极的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种薄膜电极的制备方法。
背景技术：
随着社会经济的发展，人们对能源的需求越来越大，同时对于绿色能源和生态环境越来越关注，研究环保和可再生的新能源是现在所有国家面临的挑战，而能源的存储是其中的一个重要部分。超级电容器(Supercapacitor)作为一种新型的储能器件，因为其无可替代的优越性，逐渐受到人们的重视。具有突出的优点功率密度大、循环寿命长、充放电效率高，而且无污染，环境友好，成为当前化学电源领域的研究热点之一。目前影响超级电容器发展的关键因素有电极材料、与电极材料匹配的电解液和电极的制备技术等。电极材料是制备超级电容器的关键瓶颈。超级电容器电极材料主要有碳材料、金属氧化物和导电聚合物三种.炭材料虽然稳定性好，但是比电容不够高；金属氧化物电化学窗口比较窄并且价格昂贵而受到限制；常见的导电聚合物材料有聚吡咯(PPY)、 聚噻吩、聚苯胺(PANI)、聚对苯、聚乙炔二茂铁、聚亚胺酯及它们衍生物的聚合物等。聚苯胺(PANI)由于其无毒、易于合成并且环境稳定性较好和电化学性能较突出、 化学可逆性良好的特点被认为是最有希望在实际中得到应用的超级电容器材料，进而受到人们的重视。尽管聚苯胺存在各种优良的性能，但由于其不溶不熔，使得其应用受到了很大的限制。传统的制备电极的方法有，涂片法及电沉积法。涂片法是将聚苯胺通过涂膜的方法于一集流体表面上，此方法很难控制电极的厚度，而又不均勻，且只作用于表层，导致电极的电化学性能降低并且工序复杂。传统的电沉积方法由于电流密度较低，导致沉积速率较低，因而大规模工业化应用受到了限制。
发明内容
本发明要解决现有聚苯胺薄膜电极制备方法存在工艺复杂、电池性能差的技术问题；而提供了聚苯胺薄膜电极的制备方法。本发明中聚苯胺薄膜电极的制备方法是按下述步骤进行的步骤一、按苯胺与 HCl的摩尔比为1 (1 幻将苯胺与摩尔浓度为1. 0 3. Omol/L的稀盐酸混合均勻，然后置于水浴中，温度控制在0 25°C，边搅拌边逐滴滴加过硫酸铵，过硫酸铵与苯胺的摩尔比为1 (0.5 2)，滴加时间为1 池，继续搅拌4 6小时，过滤，将过滤的滤饼置于质量浓度为6% 10%的氨水中浸泡8 Mh，过滤后用去离子水洗涤至洗液为中性，真空干燥得本征态聚苯胺；步骤二、向30 50mL的溶剂中加入0. 2 0. 3g的还原剂，混合均勻， 然后边搅拌边加入步骤一获得的本征态聚苯胺直至配成饱和溶液；步骤三、将泡沫镍放入饱和溶液中浸泡8 M小时或者反复浸泡，然后真空干燥5 8小时；即得到聚苯胺薄膜电极。步骤二所述溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、氯仿、二甲基亚砜中的一种或其中几种的混合，所述还原剂为柠檬酸、抗坏血酸或草酸。本发明将可作集流体的材料在饱和溶液中，通过浸泡的方法将本征态聚苯胺薄薄地附着在其中，调节聚苯胺的加入量和浸泡次数来控制电极材料的厚度，制得一厚度可控的超级电容器用电极。本发明中电极的可控性较强，电极较稳定，电化学性能较好，具有较高的比电容。本发明制备制备工艺简便，成本低廉，无污染，有广泛的应用前景。将上述电极作为工作电极，甘汞电极为参比电极，钼电极为对电极，浓度为3mol/L 8mol/L的氢氧化钾溶液为电解液，进行循环伏安测试。经200次循环后，此电极比电容仅衰减7. 03%。
图1是试验一在加有抗坏血酸的N，N-二甲基甲酰胺中浸泡，测得的循环伏安图； 图2是试验二在加有柠檬酸的N-甲基吡咯烷酮中浸泡，测得的循环伏安图。
具体实施例方式本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式
，还包括各具体实施方式
间的任意组合。
具体实施方式
一本实施方式中聚苯胺薄膜电极的制备方法是按下述步骤进行的步骤一、按苯胺与HCl的摩尔比为1 (1 5)将苯胺与摩尔浓度为1.0 3.0mol/L的稀盐酸混合均勻，然后置于水浴中，温度控制在0 25°C，边搅拌边逐滴滴加过硫酸铵，过硫酸铵与苯胺的摩尔比为1 (0.5 2)，滴加时间为1 池，继续搅拌4 6小时，过滤， 将过滤的滤饼置于质量浓度为6% 10%的氨水中浸泡8 Mh，过滤后用去离子水洗涤至洗液为中性，真空干燥得本征态聚苯胺；步骤二、向30 50mL的溶剂中加入0. 2 0. 3g 的还原剂，混合均勻，然后边搅拌边加入步骤一获得的本征态聚苯胺直至配成饱和溶液；步骤三、将泡沫镍放入饱和溶液中浸泡8 M小时或者反复浸泡，然后真空干燥5 8小时； 即得到聚苯胺薄膜电极。
具体实施方式
二 本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤一所述苯胺与 HCl的摩尔比为1 0 4)。其它步骤和参数与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一不同的是步骤一所述苯胺与 HCl的摩尔比为1 3。其它步骤和参数与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一至三之一不同的是步骤一所述的过硫酸铵与苯胺的摩尔比为1 1。其它步骤和参数与具体实施方式
一至三之一相同。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
一至三之一不同的是步骤一所述的过硫酸铵与苯胺的摩尔比为1 1.5。其它步骤和参数与具体实施方式
一至三之一相同。
具体实施方式
六本实施方式与具体实施方式
一至五之一不同的的是步骤二所述还原剂为柠檬酸、抗坏血酸或草酸。其它步骤和参数与具体实施方式
一至五之一相同。
具体实施方式
七本实施方式与具体实施方式
一至六之一不同的是步骤二所述的溶剂是N，N-二甲基甲酰胺、氯仿、二甲基亚砜中的一种或其中几种与N-甲基吡咯烷酮的混合物。其它步骤和参数与具体方式一至六之一相同。溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、氯仿和二甲基亚砜的混合物时， N，N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、氯仿和二甲基亚砜的质量比为1 2 1 (1 3) ！ 5 ！ 2 ！ 3 ；溶剂为N，N- 二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮和氯仿的混合物时，N, N- 二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮和氯仿的质量比为1 2 (1 3) :4:2;溶剂为N，N- 二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮和二甲基亚砜的混合物时，N, N- 二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮和二甲基亚砜的质量比为1 2 (1 3) :5:2;溶剂为N-甲基吡咯烷酮、氯仿和二甲基亚砜的混合物时，N-甲基吡咯烷酮、氯仿和二甲基亚砜的质量比为2 1 (1 5) 4 2;溶剂为N，N- 二甲基甲酰胺和N-甲基吡咯烷酮的混合物时，N，N- 二甲基甲酰胺和 N-甲基吡咯烷酮的质量比为1 (1 4) 5；溶剂为N-甲基吡咯烷酮和氯仿的混合物时，N-甲基吡咯烷酮和氯仿的混合物的质量比为1 (1 6) 5；溶剂为N-甲基吡咯烷酮和二甲基亚砜的混合物时，N-甲基吡咯烷酮和二甲基亚砜的质量比为1 (1 4) 5。
具体实施方式
八本实施方式与具体实施方式
一至七之一不同的是步骤三所述的反复浸泡是重复进行浸泡后晾干，每次浸泡1 2小时，重复操作2 6次。其它步骤和参数与具体实施方式
一至七之一相同。采用下述试验验证发明效果试验一聚苯胺薄膜电极的制备方法是按下述步骤进行的步骤一、按苯胺与HCl的摩尔比为1 1将苯胺与摩尔浓度为2mol/L的稀盐酸混合均勻，然后置于水浴中，温度控制在0°c，边搅拌(250r/min)边逐滴滴加过硫酸铵，过硫酸铵与苯胺的摩尔比为1 2，滴加时间为池，继续搅拌4小时，过滤，将过滤的滤饼置于质量浓度为8%的氨水中浸泡10h，过滤后用去离子水洗涤至洗液为中性，真空干燥得本征态聚苯胺；步骤二、向35mLN，N- 二甲基甲酰胺中加入0. 2g的抗坏血酸，混合均勻，然后边搅拌边加入1. Og步骤一获得的本征态聚苯胺直至配成饱和溶液；步骤三、将泡沫镍放入饱和溶液中，反复浸泡(重复进行浸泡后晾干，每次浸泡2 小时，重复操作30次)，然后真空干燥8小时；即得到聚苯胺薄膜电极。对此进行循环伏安测试，结果如图1所示；从图1可知，本实施方式的聚苯胺薄膜电极的比电容为1248. 87F/g。试验二 聚苯胺薄膜电极的制备方法是按下述步骤进行的步骤一、按苯胺与HCl的摩尔比为1 3将苯胺与摩尔浓度为2mol/L的稀盐酸混合均勻，然后置于水浴中，温度控制在25°C，边搅拌(253r/min)边逐滴滴加过硫酸铵，过硫酸铵与苯胺的摩尔比为1 1，滴加时间为池，继续搅拌4小时，过滤，将过滤的滤饼置于质量浓度为8%的氨水中浸泡10h，过滤后用去离子水洗涤至洗液为中性，真空干燥得本征态聚苯胺；步骤二、向30mLN_甲基吡咯烷酮中加入0. 3g的柠檬酸，混合均勻，然后边搅拌边加入3. Og步骤一获得的本征态聚苯胺直至配成饱和溶液；步骤三、将长约1 5cm的泡沫镍放入饱和溶液中浸泡10小时，然后真空干燥8 小时；即得到聚苯胺薄膜电极。
对此进行循环伏安测试，结果如图2所示；从图2可知，本实施方式的聚苯胺薄膜电极的比电容为489. 45F/g。
权利要求
1.聚苯胺薄膜电极的制备方法，其特征在于聚苯胺薄膜电极的制备方法是按下述步骤进行的步骤一、按苯胺与HCl的摩尔比为1 (1 5)将苯胺与摩尔浓度为1. 0 3. Omol/L 的稀盐酸混合均勻，然后置于水浴中，温度控制在0 25°C，边搅拌边逐滴滴加过硫酸铵， 过硫酸铵与苯胺的摩尔比为1 (0.5 2)，滴加时间为1 3h，继续搅拌4 6小时，过滤，将过滤的滤饼置于质量浓度为6% 10%的氨水中浸泡8 Mh，过滤后用去离子水洗涤至洗液为中性，真空干燥得本征态聚苯胺；步骤二、向30 50mL的溶剂中加入0. 2 0. 3g的还原剂，混合均勻，然后边搅拌边加入步骤一获得的本征态聚苯胺直至配成饱和溶液；步骤三、将泡沫镍放入饱和溶液中浸泡8 M小时或者反复浸泡，然后真空干燥5 8小时；即得到聚苯胺薄膜电极。
2.根据权利要求1所述的聚苯胺薄膜电极的制备方法，其特征在于步骤一所述苯胺与 HCl的摩尔比为1 0 4)。
3.根据权利要求1所述的聚苯胺薄膜电极的制备方法，其特征在于步骤一所述苯胺与 HCl的摩尔比为1 3。
4.根据权利要求2所述的聚苯胺薄膜电极的制备方法，其特征在于步骤一所述的过硫酸铵与苯胺的摩尔比为1 1。
5.根据权利要求2所述的聚苯胺薄膜电极的制备方法，其特征在于步骤一所述的过硫酸铵与苯胺的摩尔比为1 1.5。
6.根据权利要求1 5中任一项权利要求所述的聚苯胺薄膜电极的制备方法，其特征在于步骤二所述还原剂为柠檬酸、抗坏血酸或草酸。
7.根据权利要求1 5中任一项权利要求所述的聚苯胺薄膜电极的制备方法，其特征在于步骤二所述的溶剂是N，N-二甲基甲酰胺、氯仿、二甲基亚砜中的一种或其中几种与 N-甲基吡咯烷酮的混合物。
8.根据权利要求1所述的聚苯胺薄膜电极的制备方法，其特征在于步骤三所述的反复浸泡是重复进行浸泡后晾干，每次浸泡1 2小时，重复操作10 50次。
全文摘要
聚苯胺薄膜电极的制备方法，它涉及一种薄膜电极的制备方法。本发明要解决现有聚苯胺薄膜电极制备方法存在工艺复杂、电池性能差的技术问题。方法如下一、将苯胺与稀盐酸混合均匀，然后置于水浴中，边搅拌边逐滴滴加过硫酸铵继续搅拌，过滤，将过滤的滤饼置于氨水中浸泡，过滤后用去离子水洗涤，真空干燥得本征态聚苯胺；步骤二、向的溶剂中加入还原剂，混合均匀，然后边搅拌边加入本征态聚苯胺直至配成饱和溶液；步骤三、将泡沫镍放入饱和溶液中浸泡，然后真空干燥；即得到聚苯胺薄膜电极。本发明中电极的可控性较强，电极较稳定，电化学性能较好，具有较高的比电容。本发明制备制备工艺简便，成本低廉，无污染，有广泛的应用前景。
文档编号H01G9/04GK102568841SQ201210003788
公开日2012年7月11日 申请日期2012年1月6日 优先权日2012年1月6日
发明者孟高才, 田园, 金政 申请人:黑龙江大学