[发明专利]一种导电聚合物基超级电容器电极及其制备方法

说明书

本发明公开一种超级电容器电极材料及其制备方法。本发明所述材料通过在具有纳米结构的基底上氧化化学气相沉积导电聚合物获得；所述氧化化学气相沉积是通过将气化的单体和氧化剂通入反应器，在温度可控的基底上反应生成厚度可控、保形性好的导电聚合物膜层。本发明方法制备得到的超级电容器电极材料，不仅提高了聚合物基超级电容器的比电容，同时保持了电极材料良好的循环寿命。

技术领域

本发明涉及超级电容器领域，具体地说是一种导电聚合物基超级电容器电极及其制备方法。

背景技术

智能电子产品的日益发展激发了对安全可靠储能设备的大量需求。在众多储能器件中，超级电容器因其更高的功率和能量密度而得到了广泛的研究。导电聚合物因其良好的导电性、灵活性、可加工性和低成本等优点，在储能应用方面引起了极大的关注。然而，电化学储能过程中的氧化还原反应会导致导电聚合物体积发生变化，从而导致其循环稳定性较差，这是限制其实际应用的重要因素。将导电聚合物涂覆在其他稳定的具有纳米结构的基底材料上构建复合电极不仅可以改善其稳定性，还可以扩大其比表面积，增加活性位点，缩小电荷转移距离。然而，传统的溶液涂层方法，如旋转涂层、浸渍涂层或电化学沉积等，对基底材料有选择性，所得薄膜导电性不佳，并且很难保留基底的纳米结构，可能阻塞基底材料内部的纳米腔，从而减少活性位点数量。因此，寻求一种气相法制备高导电性、高保形性导电聚合物对促进其在储能方面的应用至关重要。

发明内容

本发明的目的在于提出一种导电聚合物基超级电容器电极；本发明的另一个目的在于提出一种导电聚合物基超级电容器电极制备方法；本方法利用化学气相沉积技术提供一种可以在具有纳米结构的基底表面保形沉积高导电聚合物的方法，同时提供一种稳定高效的超级电容器电极材料。

为实现上述目的，本发明所述一种超级电容器电极材料，所述超级电容器电极材料包括导电聚合物和具有纳米结构的基底材料；

所述导电聚合物为聚(3,4-乙烯二氧噻吩)、聚苯胺、聚3-甲基噻吩中的一种或多种；

所述具有纳米结构的基底材料为SiC纳米线、纳米带、纳米棒，以及具有SiC材料的碳纤维布中的任何一种。

所述一种超级电容器电极材料的制备方法，采用化学气相沉积法在具有纳米结构的基底表面沉积一层导电聚合物，其反应在氧化化学气相沉积的反应器内完成，包含如下步骤：

步骤一，把待沉积基底材料固定到反应器上方的样品台上，并将基底材料控制在25～200℃；

步骤二，将氧化剂放置到反应器下方的坩埚中，旋盖挡板，并将坩埚温度控制在150～250℃；

步骤三，抽好所述反应器内的预设真空度，真空度为200～900mTorr，并将坩埚上方的挡板旋开；

步骤四，将气化后的导电聚合物单体通入反应器中，在氧化剂气体的作用下发生反应，基底表面覆盖导电聚合物膜层，制得超级电容器电极材料。

所述氧化化学气相沉积反应器中样品台的旋转频率为0～100rad/min；样品台温度为25～200℃。

所述导电聚合物由下列单体发生聚合反应制得；所述单体为3,4-乙烯二氧噻吩、噻吩、苯胺、3-甲基噻吩中一种或任意两种以上的组合。

通过单体流量控制，最终获得具有成分梯度的导电聚合物膜层。

所述氧化剂为三氯化铁、三氯氧钒、五氯化锑中的一种或任意两种以上的组合。

所述单体与氧化剂比例为1:10～1:30。

所述氧化化学气相沉积之后得到的样品可根据需要选择是否通过氢溴酸、硫酸、盐酸、甲醇中的一种或多种依次浸泡处理，而后进行真空干燥。

所述导电聚合物为Cl^-掺杂导电聚合物。