[发明专利]一种高循环稳定性聚3;4-乙撑二氧噻吩电极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高循环稳定性聚3,4‑乙撑二氧噻吩电极材料及其制备方法，属于超级电容器用电极材料制备技术领域。所述电极材料是在水相体系中，以3,4‑乙撑二氧噻吩为单体，以三氯化铁为氧化剂，以苋菜红为表面活性剂和交联剂，经化学氧化聚合制备而成。本发明制备的电极材料不仅具有多孔交联片状结构，而且具有比电容较高、循环稳定性优异、制备工艺简便、制备过程绿色环保等优势，具有显著的经济价值和社会效益。

技术领域

本发明属于超级电容器用电极材料制备技术领域，具体涉及一种高循环稳定性聚3,4-乙撑二氧噻吩电极材料及其制备方法。

背景技术

聚3,4-乙撑二氧噻吩（PEDOT）具有能隙小，电导率高，易制备以及环境稳定等特点，成为最有希望的超级电容器电极材料。但是3,4-乙撑二氧噻吩单体在水中溶解度较低，以及聚合过程中团聚严重，导致PEDOT电极材料比电容不高，限制了PEDOT在超级电容器用电极材料方面的应用。针对以上问题，人们常常利用水溶性聚合物或者有机质子酸（如对甲苯磺酸、樟脑磺酸等）等对PEDOT进行掺杂，以提高3,4-乙撑二氧噻吩单体的溶解度，调控PEDOT的分子形貌，从而提高PEDOT的电化学性能。江杰青（江杰清, 李巍, 刘东志, 田建华, 郭亚芳, 周雪琴; 聚(3,4-乙撑二氧噻吩)/樟脑磺酸复合材料的合成及电化学性能,精细化工, 2012, 29(6): 541-541.）以樟脑磺酸为掺杂剂、三氯化铁为氧化剂，通过化学氧化法合成了聚3,4-乙撑二氧噻吩/樟脑磺酸复合材料。研究表明，该复合材料具有良好的导电性能。但实际上，有机质子酸的掺杂不能够改变PEDOT极易团聚的问题，所制备的PEDOT复合材料依然呈现致密堆积的表观形貌，不利于电极材料与电解液的充分接触，导致活性物质的利用率较低，因而比电容和循环稳定性都不高。中国发明专利CN 108314780A以刚果红和有机酸作为掺杂剂，在表面活性剂的作用下，在水相中通过化学氧化聚合反应制备聚3,4-乙撑二氧噻吩粗品，再采用硫酸溶液进行后处理，制备聚3,4-乙撑二氧噻吩多孔电极材料。虽然所制备的电极材料具有较高的比电容和较好的循环稳定性，但是该电极材料的制备工艺复杂，生产成本较高。

发明内容

本发明针对现有技术中聚3,4-乙撑二氧噻吩团聚严重以及电化学性能较差这一问题，提供一种高循环稳定性聚3,4-乙撑二氧噻吩电极材料及其制备方法。本发明制备的电极材料不仅具有多孔交联片状结构，而且具有比电容较高、循环稳定性优异、制备工艺简便、制备过程绿色环保等优势，具有显著的经济价值和社会效益。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高循环稳定性聚3,4-乙撑二氧噻吩电极材料是在水相体系中，以3,4-乙撑二氧噻吩为单体，以三氯化铁为氧化剂，以苋菜红为表面活性剂和交联剂，经化学氧化聚合制备而成。

所述高循环稳定性聚3,4-乙撑二氧噻吩电极材料的制备方法包括以下步骤：

（1）将1~3 g苋菜红加入到100~300 mL去离子水中，在室温下磁搅拌20~60 min，制备苋菜红溶液。向上述溶液中加入1.5~6 g 3,4-乙撑二氧噻吩，在室温下先磁搅拌20~60 min，再超声30~60 min，最后再磁搅拌10~30 min，制备3,4-乙撑二氧噻吩和苋菜红的混合液；

（2）向上述混合液中逐滴滴加12~90 mL三氯化铁盐酸溶液，在20~40 ℃下，磁搅拌反应24~48 h。反应结束后，向反应混合物中加入200~600 mL甲醇，在室温下磁搅拌30~60 min，静置12~24 h；经过滤、甲醇和去离子水交叉洗涤、60 ℃真空干燥24 h，制备所述高循环稳定性聚3,4-乙撑二氧噻吩电极材料。

所述三氯化铁盐酸溶液中，三氯化铁的浓度为2 mol/L，盐酸的浓度为0.02 mol/L，溶剂为去离子水。

本发明与现有技术相比具有以下优点：