[发明专利]一种碳气凝胶‑导电聚合物超级电容器电极的制备方法

权利要求书

1.一种碳气凝胶-导电聚合物超级电容器电极的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)将间苯二酚以及甲醛溶于溶剂中，加入催化剂，所述催化剂与间苯二酚的摩尔比为(10～25):1，反应得到水凝胶；

(2)将步骤(1)得到的凝胶置于酸溶液中，加热老化，使用交换剂进行溶剂交换，干燥得到干凝胶；

(3)在惰性气体保护下对步骤(2)得到的干凝胶进行碳化，得到碳气凝胶；

(4)将步骤(3)得到的碳气凝胶与炭黑、聚偏氟乙烯以及溶剂混合成浆料，将得到的浆料涂覆在铝箔上，得到碳气凝胶电极；

(5)将步骤(4)得到的碳气凝胶电极置于导电聚合物单体和盐酸的混合溶液中，在0.6～0.8V的电压下采用电化学聚合法，得到碳气凝胶-导电聚合物超级电容器电极。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述甲醛与间苯二酚的摩尔比为(3～5):1；

优选地，步骤(1)所述溶剂包括水和/或乙醇；

优选地，步骤(1)所述间苯二酚和溶剂的摩尔体积比为1:(1～10)。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的催化剂为氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、三乙胺或乙二胺中任意一种或至少两种的组合；

优选地，步骤(1)所述反应的时间为24～48h。

4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述酸溶液包括盐酸和/或硫酸；

优选地，步骤(2)所述酸溶液的浓度为0.5～5mol/L；

优选地，步骤(2)所述加热老化的温度为40～80℃；

优选地，步骤(2)所述加热老化的时间为48～72h。

5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述交换剂包括乙醇和/或丙酮；

优选地，步骤(2)所述干燥的方法包括自然干燥、冷冻干燥、真空干燥或加热干燥中任意一种或至少两种的组合。

6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述碳化的温度为800～1200℃；

优选地，步骤(3)所述碳化的升温速率为4～8℃/min；

优选地，步骤(3)所述碳化的时间为4～8h；

优选地，步骤(3)所述惰性气体包括氮气、氦气或氩气中任意一种或至少两种的组合。

7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述碳气凝胶与炭黑的质量比为(5～10):1；

优选地，步骤(4)所述碳气凝胶与聚偏氟乙烯的质量比为(5～10):1；

优选地，步骤(4)所述溶剂包括N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺或二氯亚砜中任意一种或至少两种的组合；

优选地，步骤(4)所述碳气凝胶与溶剂的质量比为(0.5～2):1；

优选地，步骤(4)所述铝箔的厚度为0.01～0.05mm；

优选地，对步骤(4)得到的碳气凝胶电极进行干燥；

优选地，所述干燥的方法包括自然干燥、冷冻干燥、真空干燥或加热干燥中任意一种或至少两种的组合，进一步优选为真空干燥；

优选地，所述真空干燥的温度为80～100℃；

优选地，所述真空干燥的时间为10～15h。

8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)所述导电聚合物单体包括苯胺、吡咯或噻吩中任意一种或至少两种的组合；

优选地，步骤(5)所述盐酸溶液的浓度为0.5～2mol/L；

优选地，步骤(5)所述导电聚合物与盐酸的摩尔体积比为(0.1～1):1。

9.根据权利要求1-8任一项所述的方法，其特征在于，步骤(5)所述电化学聚合法采用三电极体系；

优选地，所述三电极体系的工作电极为步骤(4)得到的碳气凝胶电极；

优选地，所述三电极体系的对电极包括铂电极、石墨电极或碳毡电极中任意一种或至少两种的组合；

优选地，所述三电极体系的参比电极包括Ag/AgCl电极和/或Hg/Hg₂Cl₂电极；

优选地，步骤(5)所述电化学聚合的电流为50～500mA/g；

优选地，步骤(5)所述电化学聚合的时间为8000～12000s。

10.根据权利要求1-9任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)电化学聚合后，对得到的碳气凝胶-导电聚合物超级电容器电极进行水洗和干燥；

优选地，所述水洗的次数为3～5次；

优选地，所述干燥的方法包括自然干燥、冷冻干燥、真空干燥或加热干燥中任意一种或至少两种的组合，进一步优选地为真空干燥；

优选地，所述真空干燥的温度为80～100℃；

优选地，所述真空干燥的时间为3～8h。