[发明专利]一种氧化石墨烯/聚苯胺/二氧化锰复合电极及其制备方法和在海水电池中的应用

说明书

本发明公开了一种氧化石墨烯/聚苯胺/二氧化锰复合电极及其制备方法和在海水电池中的应用。复合电极的制备是以石墨纸作为阳极，不锈钢板作为阴极，无机酸溶液作为电解液，进行电氧化处理石墨纸，再以氧化石墨纸作为阳极，不锈钢板作为阴极，苯胺‑有机酸‑无机酸‑二价锰盐混合溶液作为电解液，在氧化石墨纸上同时电沉积聚苯胺和二氧化锰，即得能量密度高、极化作用小、比表面积大、稳定性好的复合电极，将复合电极用于海水电池，表现出高比容量、高比能量等优点。

技术领域

本发明涉及一种海水电池正极，具体涉及一种以氧化石墨纸为基体和导电剂、二氧化锰为稳定剂、导电聚苯胺为活性物质通过原位聚合制备的复合正极，还涉及该复合正极在海水电池中的应用，属于海水电池制备技术领域。

背景技术

聚苯胺作为一种具有质轻价廉、比表面积大、稳定性好、合成方法简便、导电能力可调控等优异性能的导电聚合物，理论能量密度超过500Wh·kg^-1，有望取代高成本、比重大、导电性差、激活时间长的贵金属、贵金属盐、金属氧化物等传统正极材料，被应用于高性能海水电池中。

聚苯胺难溶于各种溶剂且热加工性能差，其相关的电极制作一般采用高压压制，但是该方法会导致电解液难以渗透进电极内部，使得电极内部的活性物质难以参与反应，降低了活性物质的利用率，最常用的解决方法是在聚苯胺电极中添加导电剂，包括石墨、乙炔黑等，从而减小电池内阻。在镁/聚苯胺海水电池体系中，在放电过程中，聚苯胺存在着脱掺杂现象，聚苯胺的导电率下降，从而造成电池内阻增大，电极反应难以深入内部，也会造成活性物质利用率低。

中国专利(申请号201810052098.3)提到的聚苯胺海水电池的正极是采用压制成型制备的聚苯胺电极，为维持电极使用时的结构稳定，电极压的密实，所以反应时电解液进入困难，仅能与电极表面的聚苯胺反应，利用率有限。另外，压制聚苯胺电极的外层聚苯胺反应后造成材料的脱掺杂，导电性变差，内阻显著增大，这些都严重影响内层的聚苯胺参加反应，因此聚苯胺电极进行电化学反应时，仅表面的聚苯胺参加了反应，聚苯胺电极的放电容量不够高，无法展现出聚苯胺的优异电池性能。

发明内容

针对现有海水电池聚苯胺正极制备过程中存在的活性物质利用率不足、电极极化严重的缺陷，本发明的第一个目的是在于提供一种利用电化学原位聚合制备的氧化石墨烯/聚苯胺/二氧化锰复合电极的方法，该方法通过电化学氧化石墨烯纸和实现氧化石墨烯纸、聚苯胺与二氧化锰的原位复合，制备的复合聚苯胺电极相对现有技术中的聚苯胺电极，电化学极化减小，且电极的比表面积增大，放电性能显著提高。

本发明的第二个目的是在于提供一种具有质轻价廉、环境友好，且能量密度高、极化作用小、比表面积大、稳定性好的海水电池正极。

本发明的第三个目的是在于提供一种氧化石墨烯/聚苯胺/二氧化锰复合电极的应用，将其作为海水电池正极，可以获得比容量大、比能量高的海水电池。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种电化学原位聚合制备氧化石墨纸 /聚苯胺/二氧化锰复合电极的方法，该方法以石墨纸作为阳极，不锈钢板作为阴 极，无机酸溶液作为电解液，进行电氧化处理石墨纸，得到氧化石墨烯纸；再以 氧化石墨纸作为阳极，不锈钢板作为阴极，苯胺-有机酸-无机酸-二价锰盐混合溶 液作为电解液，在氧化石墨纸上同时电沉积聚苯胺和二氧化锰，即得。

本发明的技术方案以电化学方法原位氧化石墨烯纸，再以氧化石墨烯纸为阳 极通过电化学方法将聚苯胺活性材料以及二氧化锰稳定剂原位复合，由于氧化石 墨烯比表面积大，且表面富含极性基团，可以使得生成的聚苯胺在氧化石墨纸表 面完全摊开，生成均匀的聚苯胺膜层，有利于活性聚苯胺与电解液的接触充分， 另外，由于聚苯胺和二氧化锰是同时通过电化学方法获得，因此两者结合牢固， 且分布均匀，利于抑制副反应的发生，并最大限度的发挥聚苯胺的活性，因此电 极的容量能极大的释放出来。