[发明专利]共价有机框架复合膜超级电容器及制备方法

说明书

本发明公开了一种共价有机框架复合膜超级电容器及制备方法。其制备方法为：对甲苯磺酸、2,6‑二氨基蒽醌、1,3,5‑三醛基间苯三酚和超支化聚合物反应，加水研磨得泥浆料；将泥浆料浸渍涂抹到微孔碳纳米管薄膜上形成薄膜，洗涤、干燥后制备得到目标产物。本发明的共价有机框架复合膜超级电容器既具有高储能特性又具有良好的机械性能，拉伸强度可达180MPa，断裂伸长率可达10％。

技术领域

本发明涉及一种超级电容器，尤其涉及一种共价有机框架(COF)复合膜柔性超级电容器及制备方法，属于新能源技术领域。

背景技术

随着柔性电子学的发展，可穿戴电子设备正广泛应用于我们的生活，如：小米手环和智能手机等。为实现可穿戴器件的产业化，其供能部件也需要柔性化和高性能化，因此，高性能的柔性储能器件将呈现巨大的潜在价值，尤其是柔性超级电容器的研究也会受到科学家的重视。

共价有机框架(COF)具有独特的设计特点、可调的孔隙率和有序的网络结构。COF多以微晶粉末形式存在，在纯态下加工性能、延伸率和电容性能较低，需要进行致密化以适应工业应用。COF纳米片之间的弱π-π相互作用导致COF膜的延伸率和机械强度较差。AbdulKhayum M等报道，利用COF/炭黑材料为电极，聚乙烯醇/硫酸凝胶为电解质，组装得到一种柔性超级电容器(ACS Appl.Mater.Interfaces,2018,10,28139-28146)，其具有2％的伸长率和1.9MPa强度；Hao Wei等报道，COF原位生长在SWCNT上制备COF/SWCNT电极，其电极材料具有153F/g的质量电容(Chinese Chem.Lett.,2017,28,2269-2273)；Rahul Banerjee等公开的COF/CNT基超级电容器，利用COF/CNT材料为电极，聚乙烯醇/硫酸凝胶为电解质，组装得到一种柔性超级电容器(ACS Appl.Mater.Interfaces,2019,11,30828-30837)，其具有5.8％的伸长率。因此，在兼具高储能特性和高机械性能的柔性COF复合膜超级电容器的制备策略仍然面临巨大的挑战。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种机械强度高、柔性好的共价有机框架复合膜超级电容器。为此，本发明还要提供一种制备该超级电容器的方法。

为解决上述技术问题，本发明的共价有机框架复合膜超级电容通过以下步骤制备而得：

(1)按物质的量称取对甲苯磺酸(PTSA)10～16份，2,6-二氨基蒽醌(DAQ)3份，混合后研磨3～8min使二者充分混合。

(2)向上述混合物中加入2份1,3,5-三醛基间苯三酚(Tp)继续研磨15～30min，然后加入总质量分数5％～20％的超支化聚合物，继续研磨10～30min。

(3)向研磨好的混合物中加入150～200μL水，继续研磨5min得到泥浆料，即COF复合物材料。

(4)将步骤(3)得到的COF复合物材料浸渍涂抹到微孔碳纳米管薄膜(CNTF)上形成一层厚度均匀的薄膜，然后在80～90℃，相对湿度为60％～80％的条件下干燥2～10h，最后通过水、DMF洗涤干燥制备得到COF复合膜(CHCM)。

(5)为了研究COF复合膜(CHCM)的电化学性能，首先进行三电极测试，对其电化学性能进行评价。将步骤(4)得到的CHCM裁剪后制备为工作电极，选用铂电极和饱和甘汞电极分别作为对电极和参比电极，选用1M H₃PO₄和2M H₂SO₄溶液作为电解质溶液，利用电化学工作站进行三电极测试。

(6)将步骤(4)得到的CHCM制备为对称的共价有机框架复合膜超级电容器。