[发明专利]锰掺杂炭凝胶@(PANI/GO)n//NGA@PEDOT电极材料制备方法

说明书

本发明公开了一种锰掺杂炭凝胶@(PANI/GO)n//NGA@PEDOT电极材料的制备方法，本发明将三聚氰胺溶于氧化石墨烯溶液中，加入VC和氨水，超声溶解，用水浴法形成有机凝胶，将有机凝胶烧制得到NGA；NGA加入乙酸丁酯中，再加入对甲苯磺酸铁溶于乙醇与水的混合液，超声混合后室温静置聚合，即可得NGA@PEDOT材料；将间苯二酚、甲醛、醋酸锰做为前驱体，碳酸钠为催化剂，得锰掺杂炭凝胶电极材料；重复将PANI的混合液n次逐滴滴入(1)中的锰掺杂炭凝胶材料上，该方法具有简单高效、重现性好、可规模化制备等优点。该方法制备的材料具有较高的比电容，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非对称电容器的锰掺杂炭凝胶@(PANI/GO)n//NGA@PEDOT的电极材料的制备方法。

背景技术

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材料，通常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是一对可用于制备非对称全固态超级电容器的电极材料。锰掺杂炭凝胶@(PANI/GO)n材料作为正极，NGA@PEDOT材料作为负极。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

本发明针对全固态柔性超级电容的能量密度提高的问题，制备出具有较宽的窗口电位的锰掺杂炭凝胶@(PANI/GO)n//NGA@PEDOT电极材料，可用于非对称的全固态柔性超级电容的制备

一种锰掺杂炭凝胶@(PANI/GO)n//NGA@PEDOT电极材料制备方法，该方法包括以下步骤：

NGA@PEDOT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600-1200℃烧制2h得到NGA，其中氧化石墨烯溶液浓度为0.5-20mg/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1:200-5:100；NGA为氮掺杂石墨烯凝胶；VC为维生素C；

(2)、将NGA加入乙酸丁酯中，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聚合，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

将间苯二酚、甲醛、醋酸锰做为前驱体，碳酸钠为催化剂，其中间苯二酚和甲醛的摩尔比为1:2，间苯二酚和碳酸钠的摩尔比为250:1-800:1，锰含量为0.5-3wt.％。将上述溶液装入密闭的圆柱体玻璃管中30℃老化2天，80℃老化5天，放入丙酮中萃取2天，即得锰掺杂炭凝胶电极材料；

(2)、将质量比为1:47的PANI和DMAc，搅拌12h，再将HCl加入上述混合物中使得混合液pH值为2.5，且使得PANI的浓度为0.5mg/ml，接着在1-4℃下超声3h；PANI为聚苯胺；DMAc为二甲基乙酰胺；