[发明专利]一种导电织物/聚苯胺复合材料电极及其制备方法

说明书

本发明属于复合材料制备技术领域，公开了一种导电织物/聚苯胺复合材料电极及其制备方法，先将导电织物浸泡于聚苯胺溶液中，然后采用真空渗透法在导电织物表面生成均匀分散的聚苯胺纳米颗粒，该方法有效避免了传统化学法合成聚苯胺过程中的形貌不可控以及容易生成聚苯胺纤维等团聚问题，可通过改变浸泡时间和调控真空烘箱的真空度来调节导电织物上聚苯胺的负载量。本发明简单易行，可以实现导电织物/聚苯胺复合材料电极的量产，并有效克服原位化学氧化法和电化学沉积法制备聚苯胺基材料的不连续性，该复合材料电极可用于制备高性能超级电容器。

技术领域

本发明属于复合材料电极制备技术领域，具体涉及一种导电织物/聚苯胺复合材料电极及其制备方法。

背景技术

随着石化能源的大量消耗，科学家正在寻找可以替代化石能源的新能源，如风能、太阳能、潮汐能、化学能源等。二次电池和超级电容器是两种主要的化学能源。与二次电池相比，超级电容器具有快速充放电、高循环性能等优点，而电极的材料决定了超级电容器的性能。由于碳材料中的导电织物具有高导电性、柔韧性和自支撑性，通常采用将导电织物与高赝电容的聚苯胺复合，制得的导电织物/聚苯胺复合材料电极再用于制备高性能的超级电容器。

现有技术中常采用原位化学氧化法和电化学沉积法制备导电织物/聚苯胺复合材料电极。原位化学法通常将碳布浸泡到苯胺单体与氧化剂溶液的混合溶液中，即可在碳布上原位聚合生长聚苯胺。与原位化学氧化法不同，电化学沉积法是采用电化学工作站对工作电极施加恒定电流或电压，使聚苯胺沉积在工作电极表面。但无论是采用原位化学法，还是电化学法均需将碳布预先浸泡在苯胺溶液中，加入氧化剂或施加电流引发苯胺单体发生聚合，最终制得碳布/聚苯胺复合材料电极。这些方法都是直接使用有毒性的苯胺作为起始原料，并且在化学或电化学合成过程中很难控制聚苯胺在碳布上的生长速度以及聚苯胺的微观结构和负载量，且合成过程中的间歇操作很难实现导电织物/聚苯胺复合材料电极的大规模生产。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种导电织物/聚苯胺复合材料电极及其制备方法。

为了克服上述技术问题，本发明采用的技术方案如下

一种导电织物/聚苯胺复合材料电极的制备方法，包括以下步骤：

导电织物预处理：超声作用下用水和酮类溶剂清洗导电织物，再经干燥，得到经预处理的导电织物；

聚苯胺溶液的配置：向苯胺中加入醇和无机酸的混合液，得苯胺溶液；向过硫酸铵中加无机酸，得过硫酸铵溶液；再将苯胺溶液与过硫酸铵溶液混合，并置于冰水浴中静置反应，除去上清液，将过滤后的滤渣经水洗至滤液呈中性，再经干燥，得聚苯胺粉末，将聚苯胺粉末溶于有机溶剂中，得聚苯胺溶液；

制备导电织物/聚苯胺复合材料电极：将经预处理的导电织物浸泡在聚苯胺溶液中，在真空条件下干燥，得所述复合材料电极。

作为上述方案的进一步改进，所述导电织物包括碳布和碳化棉布。

作为上述方案的进一步改进，所述过硫酸铵与所述苯胺的摩尔比为(1-2)：1。

作为上述方案的进一步改进，所述无机酸选自盐酸、硫酸、硝酸或高氯酸中的一种，其浓度为0.5～2mol·L^-1。

作为上述方案的进一步改进，所述有机溶剂选自N甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺和四氢呋喃中的至少一种。

作为上述方案的进一步改进，所述聚苯胺溶液的浓度为0.5～3mg·mL^-1。

作为上述方案的进一步改进，所述静置反应的时长为2-24h。

作为上述方案的进一步改进，所述烘干的温度为50-80℃，烘干的时长为2-48h。