导电聚合物及其在制备柔性超级电容器中的应用

本发明涉及一种用于柔性超级电容器材料的新型导电聚合物及其制备方法，以及其在超级电容器中的应用。

背景技术：

1、超级电容器，因其寿命长、无污染、安全无风险以及机械性能好等优点而受到广泛的关注。相比于传统电容器，超级电容器具有非常高的能量密度，很适合作为电子设备的能源供给装置，满足对新的可持续能源的需求。同时随着下一代可穿戴和植入式的柔性电子材料的发展，电子器件的物理形态实现了从刚性向柔性的转变。作为能源供给装置的柔性电极技术是柔性电子器件广泛应用的前提。所以柔性超级电容器作为储能装置具有非常高的潜力。

2、在众多超级电容器电极材料中，赝电容材料通过在电极材料表面和靠近表面的体相内发生的快速、可逆的氧化还原反应，从而达到储能的目的。其中，导电聚合物(cps)因为具有氧化态和还原态之间的快速切换的能力、结构稳定性和高导电性等优点而引起学者的关注。聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(pedot)是一个非常有前途的cp，其在充放电过程中展示出了高稳定性和高导电性等优势而受到特别的关注。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于柔性超级电容器的导电聚合物及其制备方法及其制备方法，本发明将氨基甲酸酯基团接枝到pedot聚合物侧链中，聚合物分子链之间可通过侧链的氨基甲酸酯基团形成氢键作用力，使材料受到机械应力的情况下保持电极材料的完整性的同时，还可以使聚合物材料在离子掺杂/脱掺杂过程中保持良好的电化学性能。

2、本发明技术方案如下：

3、第一方面，本发明提供一种导电聚合物，所述导电聚合物按如下方法制备：

4、将式1所示单体、式2所示单体和电解质溶于乙腈与二氯甲烷的混合溶剂中，得到单体溶液；以所述单体溶液为电解液，以ag/agcl为参比电极，以铂丝为对电极，以pet-ito柔性薄膜为工作电极，通过电化学聚合法(循环伏安法/电沉积法)制备所述导电聚合物；所述电解质为四丁基六氟磷酸铵、高氯酸锂、氯化锂、四氟硼酸锂中的一种或两种以上；所述式1所示单体的物质的量为式1所示单体和式2所示单体的总物质的量的10-90％(优选为40％)；所述单体溶液中，式1所示单体的浓度为1～10mmol/l(优选3mmol/l)；

5、

6、进一步，所述单体溶液中，电解质的浓度为0.001～1m(优选0.1m)。在本发明的一个实施例中，所述电解质为四丁基六氟磷酸铵。

7、本发明技术方案中，通过将3,4-乙烯二氧噻吩(edot)单体与(2,3-dihydrothieno[3,4-b][1,4]dioxin-2-yl)methyl ethylcarbamate(edot-me)单体通过电化学聚合的手段进行共聚得到聚合物pemex，从而将氨基甲酸酯基团接枝到pedot聚合物侧链，使聚合物分子间之间形成氢键作用力。所以pedot基导电聚合物电极材料不仅保持良好的倍率性能和稳定性，同时具有较为优异的机械性能。

8、本发明的pedot基导电聚合物电极材料的合成路径如下：

9、

10、无规共聚。其中，x是指两个单体各自所占比例，为0.1～0.9的任意数。

11、所述的一种pedot基导电聚合物电极材料制备方法，其特征在于：将edot的单体和edot-me单体共混后，在三电极体系下通过电化学聚合方法得到所述的导电聚合物材料。

12、进一步，所述乙腈与二氯甲烷的混合溶剂中，乙腈与二氯甲烷的体积比为1:0.1-9(优选1：0.67)。

13、在本发明的一个实施例中，所述电化学聚合法为循环伏安法。所述循环伏安法的参数为：最低电压为-0.3～0v，最高电压为1.4～1.8v范围内，循环圈数为1～30圈；

14、具体地，所述循环伏安法的参数为：最低电压为-0.3，最高电压为1.6v，扫描速率为0.1v/s，循环圈数为10圈。

15、所述电化学聚合法还可以为电沉积法。所述电沉积法的参数为：电压0.6～1.4v，沉积时间1～500秒。

16、第二方面，本发提供一种上述导电聚合物在(作为电极材料)制备柔性超级电容器中的应用。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：将氨基甲酸酯基团接枝到pedot聚合物侧链，使聚合物分子间之间形成氢键作用力。不仅提高聚合物链之间的相互作用，同时还构建了丰富的孔洞结构。所以pedot基导电聚合物电极材料不仅在离子掺杂/脱掺杂过程中保持良好的倍率性能和稳定性，同时在受到机械应力的情况下依旧保持优异的电化学性能。

技术特征：

1.一种导电聚合物，其特征在于所述导电聚合物按如下方法制备：

2.如权利要求1所述的导电聚合物，其特征在于：所述单体溶液中，电解质的浓度为0.001～1m。

3.如权利要求1所述的导电聚合物，其特征在于：所述电解质为四丁基六氟磷酸铵。

4.如权利要求1所述的导电聚合物，其特征在于：所述乙腈与二氯甲烷的混合溶剂中，乙腈与二氯甲烷的体积比为1:0.1-9。

5.如权利要求1所述的导电聚合物，其特征在于：所述电化学聚合法为循环伏安法。

6.如权利要求5所述的导电聚合物，其特征在于：所述循环伏安法的参数为：最低电压为-0.3～0v，最高电压为1.4～1.8v范围内，循环圈数为1～30圈。

7.如权利要求1所述的导电聚合物，其特征在于：所述电化学聚合法为电沉积法。

8.如权利要求7所述的导电聚合物，其特征在于：所述电沉积法的参数为：电压0.6～1.4v，沉积时间1～500秒。

9.如权利要求1所述的导电聚合物，其特征在于：所述式1所示单体的物质的量为式1所示单体和式2所示单体的总物质的量的40％。

10.如权利要求1-9任一项所述的导电聚合物在制备柔性超级电容器中的应用。

技术总结
本发明公开了一种导电聚合物及其在制备柔性超级电容器中的应用，本发明将EDOT单体和EDOT‑ME单体电化学聚合，从而将氨基甲酸酯基团接枝到PEDOT聚合物侧链中，聚合物分子链之间可通过侧链的氨基甲酸酯基团形成氢键作用力，不仅提高聚合物链之间的相互作用，同时还构建了丰富的孔洞结构。使材料受到机械应力的情况下保持电极材料的完整性的同时，还可以使聚合物材料在离子掺杂/脱掺杂过程中保持良好的电化学性能。

技术研发人员：刘军磊,唐殿宇,张诚,欧阳密
受保护的技术使用者：浙江工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15