[发明专利]一种聚吡咯/石墨烯/细菌纤维素导电膜材料的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚吡咯/石墨烯/细菌纤维素导电膜材料的制备方法及其应用。

背景技术

超级电容器结合了电池与传统电介质电容器的优势，其能量密度和功率密度填补了电池和传统电介质电容器之间的空白。近些年导电高分子作为超级电容器电极材料得到了迅速发展，其中聚吡咯具有高的赝电容、容易合成、工艺简单、形貌可控，化学性质稳定和环境友好，备受人们青睐。但其作为电极活性材料，在充放电过程中，分子链由于体积的变化致使分子链的断裂、破坏，导致超级电容器的比容量和循环性能下降。通过一些支撑的骨架可以吸收分子链的体积变化。

随着柔性、可弯曲电子器件的发展，开发具有弯折稳定性的导电膜材料已成为目前储能领域研究的重要方向。但现有导电膜材料制备工艺复杂、成本高，不具备良好的稳定性及力学性能，此外现有导电膜材料作为电极时所采用的电解液多为碱性或酸性，会腐蚀导电膜材料本身及其仪器。因此，釆用一个简单、环保、有效、适用于规模化生产的制备方法制备高性能的导电膜材料尤其重要。

发明内容

本发明是要解决现有方法制备的导电膜材料不具备良好的稳定性、循环性能及力学性能，并且作为电极时所采用的电解液会腐蚀导电膜材料本身和仪器的问题，提供一种聚吡咯/石墨烯/细菌纤维素导电膜材料的制备方法及其应用。

本发明一种聚吡咯/石墨烯/细菌纤维素导电膜材料的制备方法按以下步骤进行：

一、将细菌纤维素浸泡在去离子水中超声洗涤，然后均匀分散在去离子水中，再转移到匀浆机中高速搅拌，得到细菌纤维素浆料；将石墨烯和表面活性剂，超声分散在去离子水中，得到石墨烯分散液；向细菌纤维素浆料中加入石墨烯分散液，边加边搅拌，得到混合液A；

二、将吡咯单体分散在去离子水中，然后加入混合液A，边加边搅拌，得到混合液B；

三、将过硫酸铵溶解在去离子水中，得到过硫酸铵溶液；将过硫酸铵溶液加入到混合液B中，原位氧化聚合生成聚吡咯包覆石墨烯细菌纤维素复合材料，然后真空过滤成膜，再干燥，制成聚吡咯/石墨烯/细菌纤维素导电膜材料；

其中吡咯单体与过硫酸铵的摩尔比为(0.5～15):1；聚吡咯/石墨烯/细菌纤维素导电膜材料中聚吡咯与细菌纤维素的质量比为(8～0.2)：1；聚吡咯/石墨烯/细菌纤维素导电膜材料中聚吡咯与石墨烯的质量比为(50～2):1。

本发明聚吡咯/石墨烯/细菌纤维素导电膜材料的应用是指应用于超级电容器中。

细菌纤维素是通过微生物的发酵获得的，资源丰富、环境友好，其具有超精细网状结构、高持水性能和良好的生物降解性，在食品工业，纳米材料，生物传感器，光电器件等领域得到了应用。细菌纤维素的多孔结构及含有大量的羟基，可以有效的与吡咯单体形成氢键，制备均匀的原位聚合的包覆纤维材料。同时细菌纤维素具有高结晶度、高纯度、高机械强度。

石墨烯具有大的比表面积和非常高的导电性，从而成为电容器较有前景的电极材料。

本发明的有益效果：

1、聚吡咯/石墨烯/细菌纤维素导电膜材料单位面积负载活性物质量高(可达10mg/cm²)、化学稳定、环境友好；

2、聚吡咯/石墨烯/细菌纤维素导电膜材料的电解液可以为中性盐，对膜本身和仪器无腐蚀、损害小，并且聚吡咯合成方法简便，时间短，只需四十分钟左右；从CV曲线可以看出，采用聚吡咯合成的膜材料的倍率性能好，扫描速率可达到50mV/s；此外，聚吡咯形貌可控，可以是线状，颗粒等。

3、合成简单、导电性可控，可规模化生产。

4、制备成对称性超级电容器具有很好的电容性。

附图说明

图1为实施例1所获得的聚吡咯/石墨烯/细菌纤维素导电膜材料的扫描电镜照片；

图2为实施例1所获得的以聚吡咯/石墨烯/细菌纤维素导电膜材料制备的工作电极在1M硝酸钠电解液中的不同扫描速度下的循环伏安曲线；其中a为5mV/s，b为20mV/s，c为50mV/s；

图3为实施例1所获得的以聚吡咯/石墨烯/细菌纤维素导电膜材料制备的工作电极，组装成对称性超级电容器在1M硝酸钠电解液中的不同扫描速度下的循环伏安曲线；其中a为a为5mV/s，b为20mV/s，c为50mV/s。