[发明专利]一种多壁碳纳米管/聚苯胺纳米纤维复合材料超级电容器电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于储能材料领域，涉及一种超级电容器电极的制备方法，具体涉及一种多壁碳纳米管/聚苯胺纳米纤维复合材料超级电容器电极的制备方法

背景技术

超级电容器又称为电化学电容器，是利用正负电极之间的电场来分离电解液中的正负离子进行电能存储的一种能量存储装置。超级电容器可分为双电层电容器和法拉第电容器两种不同类型。双电层电容器是利用电极材料和电解液之间的界面来物理吸附和脱附电解液中的正负离子而形成双电层的机理来存储电荷，而法拉第电容器则是利用电极材料的表面及相体中发生快速且可逆的氧化还原反应来分离电解液中的正负离子并存储电荷。目前，双电层电容器主要用各种类型的碳材料作为电极材料，如碳纤维、碳气凝胶、碳纳米管、石墨烯以及一些特殊结构的碳材料，碳材料的充放电循环性能非常稳定。自1957年H.E.Becker发明第一个碳基超级电容器（美国专利US2800616）以来，碳材料作为超级电容器电极材料的研究持续至今，但碳材料的比电容很难达到300F/g以上。

为了进一步提高超级电容器存储电荷的能力，基于法拉第赝电容的导电聚合物电极材料受到了广泛关注，聚苯胺就是其中的一种。但是聚苯胺在充放电循环过程中，由于电解液离子的反复嵌入/脱出，导致聚苯胺电极的体积反复膨胀收缩，造成聚苯胺分子链的破坏和电极材料的结合强度下降，从而使得聚苯胺电极的电极容量快速衰减。

将聚苯胺与碳材料进行复合，有助于提高聚苯胺的电容量和充放电循环性能。多项研究报道了通过电化学沉积或化学氧化法将苯胺单体聚合沉积在碳纳米管表面而得到碳纳米管/聚苯胺同轴结构复合电极材料。由于碳纳米管的引入，使得基于这种复合材料的超级电容器电极的充放电循环稳定性相比聚苯胺电极得到了改善。但这种同轴结构复合材料的制备过程较为复杂，不利用工业化生产。另外，由于碳纳米管表面被聚苯胺包覆，制作成电极后，碳纳米管之间将无法直接接触，使得碳纳米管优良的导电性能无法得到体现，电极的等效串联电阻没有得到明显改善。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种制备方法简单的碳纳米管/聚苯胺纳米纤维复合材料超级电容器电极，以期可以有效提高电极的电容性能和充放电循环稳定性，并降低电极的等效串联电阻。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明一种多壁碳纳米管/聚苯胺纳米纤维复合材料超级电容器电极的制备方法，其特点是按如下步骤进行：

a、利用聚苯乙烯磺酸分散多壁碳纳米管：取10mg多壁碳纳米管放入烧杯中，然后依次向所述烧杯中加入10-20毫升去离子水和300微升聚苯乙烯磺酸得多壁碳纳米管溶液，对所述多壁碳纳米管溶液利用插入式超声仪进行超声40分钟，得分散均匀的多壁碳纳米管溶液；

b、制备聚苯胺纳米纤维：将苯胺单体加入三氯甲烷中得苯胺单体的三氯甲烷溶液，将硫代硫酸铵溶解于浓度为1mol/L盐酸溶液中得硫代硫酸铵的盐酸溶液，将硫代硫酸铵的盐酸溶液加入苯胺单体的三氯甲烷溶液中得混合溶液，将所述混合溶液静置反应12小时后生成含聚苯胺纳米纤维的溶液，将所述含聚苯胺纳米纤维的溶液经离心分离出聚苯胺纳米纤维，将分离出的聚苯胺纳米纤维放入去离子水中清洗后再经离心分离出洁净聚苯胺纳米纤维；

c、制备多壁碳纳米管/聚苯胺纳米纤维复合材料超级电容器电极：将洁净聚苯胺纳米纤维加入分散均匀的多壁碳纳米管溶液中，经超声得到多壁碳纳米管/聚苯胺纳米纤维的均匀混合液，以氮气作为载气将所述多壁碳纳米管/聚苯胺纳米纤维的均匀混合液喷涂到石墨基体上，然后将喷涂后的石墨基体放入真空干燥炉中，在60摄氏度的真空条件下干燥12小时，得多壁碳纳米管/聚苯胺纳米纤维复合材料超级电容器电极。

本发明多壁碳纳米管/聚苯胺纳米纤维复合材料超级电容器电极的制备方法，其特点也在于：步骤b中三氯甲烷、盐酸溶液和苯胺单体的体积分别为10毫升、10毫升和300微升，硫代硫酸铵是183毫克。

步骤c中多壁碳纳米管和聚苯胺纳米纤维的质量比为0.5:9.5至7.5:2.5。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明以多壁碳纳米管/聚苯胺纳米纤维复合材料制备超级电容器的电极，制备方法简单，适用于工业化生产，且本发明所制备的超级电容器电极的导电性高、等效电阻低、充放电循环稳定性高；

2、本发明所制备的多壁碳纳米管/聚苯胺纳米纤维复合材料相比于碳纳米管/聚苯胺同轴结构复合电极材料，在制备成电极后可以充分利用碳纳米管优良的导电性能且提高了电极的机械强度；