[发明专利]一种基于富勒烯纳米纤维/聚苯胺复合材料的超级电容器

说明书

技术领域

本发明涉及一种超级电容器，具体说来涉及一种超级电容器材料及其制备方法。

背景技术

超级电容器也叫电化学电容器，是一种介于二次电池和常规电容器之间的储能器件。它兼有功率密度大和能量密度大的优点，同时具有充放电效率高、工作温度范围宽等特点，因此被广泛应用于通讯系统、数据存储系统、计算机、新能源汽车等方面。

按照储能机制，超级电容器可以分为法拉第型电容器和双电层电容器两种，在超级电容器中，电极材料是关键，它决定了整个器件的性能指标。常用的电极材料有金属氧化物、导电聚合物和多孔碳材料。在导电聚合物中，聚苯胺具有原料易得、合成方便、理论电容值高、循环寿命长、能够快速进行氧化还原反应的特点，同时，富勒烯纳米纤维具有可循环使用、绿色无毒、化学稳定性高、使用温度范围宽等优点，可以用来与聚苯胺复合增强其稳定性，提高电容器的性能。因此，其研究具有巨大的意义。

发明内容

本发明利用富勒烯纳米纤维/聚苯胺复合材料作为电极材料制作超级电容器，旨在提高现有超级电容器比电容低、循环稳定性差的缺点。

本发明所述以富勒烯纳米纤维/聚苯胺复合材料作为电极材料制作超级电容器包括如下步骤：

1)采用液-液界面析出法制备富勒烯纳米纤维的悬浮液，此处所述富勒烯为C₆₀、C₇₀、C₆₀/C₇₀混合物及其衍生物。

2)采用化学氧化法制备本征态聚苯胺(polyanilineemeraldinebase,PANI-EB)并将其溶于良溶剂中得到聚苯胺的饱和溶液；此处所述的本征态聚苯胺的结构如式Ⅰ所示。

式Ⅰ中，n为1～500。

步骤2)中所述的富勒烯纳米纤维/聚苯胺复合材料中富勒烯纳米纤维和聚苯胺的质量比为(30～42)：50。

3)将上述步骤1)制备的悬浮液加入上述步骤2)制备的聚苯胺溶液中，静置培养得到富勒烯纳米纤维/聚苯胺复合材料；

4)将富勒烯纳米纤维/聚苯胺复合材料、炭黑和粘合剂以(10～90)：(80～5)：(10～5)质量比混匀后加入一定量的N-甲基吡咯烷酮后研磨，转移到洗净的不锈钢网上，在一定温度和压力的条件下放置一段时间得到超级电容器电极；

5)将两个超级电容器电极中间放置聚丙烯电解质隔膜，在隔膜和电极之间加入硫酸和PVA的凝胶电解质并在导电隔膜上涂上导电胶，引出导线并用密封胶密封，得到超级电容器。

步骤4)中所述的反应温度为35-100℃，压力为1-20MPa。

步骤4)中所述的粘合剂为聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯或偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物。

步骤5)中所述的电解质为硫酸/聚乙烯醇的酸性凝胶电解质。

附图说明

图1C₆₀富勒烯纳米纤维/聚苯胺复合材料的扫描电子显微镜照片；

图2本发明实施例1制备的超级电容器在不同扫描速率下的循环伏安曲线。

具体实施方式

本发明用下列实施例来进一步说明本发明的技术特征，但本发明的保护范围并非局限于下列实施例。

实施例1：

1.称取42mg富勒烯C₆₀粉末，研磨后溶解于15mL甲苯中，冰浴条件下超声10min；过滤上述溶液后向其中加入15ml异丙醇，放入恒温培养箱中4℃恒温里培养24h，制备C₆₀富勒烯纳米纤维悬浮液，其长度约为10-20μm；

2.量取3.64ml苯胺(An)加入到的200mL浓度为1mol/L的HCl中混合搅拌；再向上述溶液中加入2.3g过硫酸铵(APS)，搅拌1min后，放入冰箱控温为-12℃条件下冷藏12h，抽滤后加入45mL浓度为1.74mol/L氨水浸泡30min，干燥得本征态聚苯胺(PANI-EB)粉末，研磨待用；

3.取PANI-EB粉末溶于N-甲基-2-吡咯烷酮(N-methyl-2-pyrrolidone，NMP)中，超声5min，过滤得PANI-EB/NMP溶液，取PANI-EB/NMP溶液加入到步骤1)制备的C₆₀富勒烯纳米纤维悬浮液中，冰浴条件下超声30min，放入冰箱中4℃冷藏48h得到C₆₀富勒烯纳米纤维/聚苯胺复合材料的悬浊液；