[发明专利]锰掺杂炭凝胶@(PANI/GO)n//NGA@PEDOT非对称电容器的制备方法

说明书

本发明公开了一种锰掺杂炭凝胶@(PANI/GO)n//NGA@PEDOT非对称电容器的制备方法，该方法先制备NGA@PEDOT，再制备锰掺杂的炭凝胶材料，将镍薄片、锰掺杂炭凝胶@(PANI/GO)n材料、PVA/KOH凝胶固态电解质、NGA@PEDOT材料、镍薄片依次加压，再按照以上顺序叠放，再压制制成面积为宽4mm，长度为4‑12mm，厚度为4mm的方形电容器；将4个上述的柔性电容器弯曲组装成空心椭圆形并串联成一组串联电容器。该方法具有简单高效、重现性好、可规模化制备等优点。该方法提高材料整体的比电容，拥有较大的功率密度，较宽的工作电压窗口，快速充放电等特点。

技术领域

本发明属于超级电容新材料能源存储领域，尤其涉及一种可用于蜻蜓状微型无人机的锰掺杂炭凝胶@(PANI/GO)n//NGA@PEDOT非对称电容器的制备方法。

背景技术

无人机的主要优点是采购费用低和无飞行员伤亡危险，其特点是体积小、质量轻、机动性好、隐蔽性好、续航时间长，特别适于执行危险大的任务，主要用作靶机和侦察。在无人机中，微型无人机费用低、无伤亡、轻、小、灵活、机动更突出，特别适于小部队行动和巷战侦察。动力问题是微型无人机运行的关键问题，由于微型无人机只有约15cm长，所以电容大小会严格受限，且需要高比电容且质量轻的材料。

为了提高超级电容器的能量密度，制备非对称超级电容器是提高能量密度最安全有效的途径之一。非对称超级电容器是通过组装两个电位窗口不同的电极来提高工作电压。制备非对称超级电容器需要两种电压窗口不同的电极，通过把电位相对较正的作为正极材料，电位相对较负的作为负极材料。

锰掺杂炭凝胶@(PANI/GO)n//NGA@PEDOT非对称电容器是用锰掺杂炭凝胶@(PANI/GO)n材料做正极，NGA@PEDOT材料做为负极组装的非对称全固态柔性超级电容器。其中，NGA@PEDOT是一种用聚3,4-乙烯二氧噻吩(PEDOT)包覆氮掺杂石墨烯凝胶(NGA)的新型材料，锰掺杂炭凝胶@(PANI/GO)n是聚苯胺和氧化石墨烯n层自组装包覆锰掺杂炭凝胶材料。锰掺杂炭凝胶@(PANI/GO)n凝胶材料具有很好的导电性，较高的比电容，制备工艺简单，而NGA@PEDOT具有容量高，稳定的特点，是一种良好的非对称超级电容的负极材料。

发明内容

本发明针对蜻蜓状无人机动能存储的问题，并结合蜻蜓状无人机的结构特点，制备出具有较宽的窗口电位的锰掺杂炭凝胶@(PANI/GO)n//NGA@PEDOT非对称电容器，给蜻蜓状微型无人机供电。

一种锰掺杂炭凝胶@(PANI/GO)n//NGA@PEDOT材料非对称全固态柔性超级电容器的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

NGA@PEDOT材料的制备

(1)、将三聚氰胺溶于氧化石墨烯溶液中，依次加入VC和氨水，1-4℃超声使其完全溶解，然后用水浴法使混合液在80℃水温中形成有机凝胶，将有机凝胶在惰性气氛下800-900℃烧制2h得到NGA，其中氧化石墨烯溶液浓度为0.5-5mg/ml，氧化石墨烯与VC质量比为1:1，氧化石墨烯与氨水的质量比为4:1；三聚氰胺与氧化石墨烯的质量比为1:100-3:100；NGA为氮掺杂石墨烯凝胶；VC为维生素C；

(2)、将NGA放入乙酸丁酯中，NGA的含量为15wt.％,并按50μl/ml的比例加入EDOT，超声1h；EDOT为3,4-乙烯二氧噻吩；

(3)、将对甲苯磺酸铁溶于乙醇与水的混合液，其中乙醇与水的体积比为3:1，对甲苯磺酸铁的含量为0.6wt.％，将溶液滴落于步骤(2)所得的材料上，超声混合后室温静置6h后可聚合，室温下干燥1h，即可得NGA@PEDOT材料。

锰掺杂炭凝胶@(PANI/GO)n的制备

(1)、制备锰掺杂的炭凝胶材料