[发明专利]聚苯胺/导电炭黑复合材料的制备以及自修复高电压超电器件的构筑

说明书

本发明公开了一种聚苯胺/导电炭黑复合材料的制备以及自修复高电压超电器件的构筑。本发明合成了一种具有特殊形貌的复合材料，这种形貌具有较好的容量和导电性，有效提高了电化学性能。本发明利用合成的复合材料与自修复聚合物制作了具有自修复功能的对称型和非对称型的超电器件。并用双凝胶电解质提高了器件的窗口，为解决聚苯胺超电器循环差和能量密度低的问题提出了解决方案。

技术领域

本发明属于电化学储能领域，具体涉及一种聚苯胺/导电炭黑复合材料的制备以及自修复高电压超电器件的构筑。

背景技术

随着能源消耗的快速增长和环境污染问题的日益严重，开发清洁、可持续的新能源成为当今社会发展的重要任务。在各种储能装置中，超级电容器(也称电化学电容器)具有比常规电容器更大的比能量，比蓄电池更高的比功率和出色的循环使用寿命，充电迅速、环保且维护成本低，近年来受到广泛重视，其中高性能电极材料是超级电容器的关键部分。

导电聚合物的出现为超级电容器电极材料的研究提供了新的思路。在诸多的导电聚合物中，聚苯胺由于制备简单、成本低廉、良好的氧化还原可逆性和较高的比容量，被广泛地关注。但是聚苯胺作为超电材料并不完美，其缺点是：(1)在充放电过程中，聚苯胺分子链由于离子的传输导致的收缩/膨胀而使得聚苯胺分子微观利于储能的结构遭到很大的破坏，然后离子在聚苯胺分子的传输能力越来越差，其循环稳定性差。(2)聚苯胺器件的工作窗口较窄，从而导致能量密度相对较低。

导电炭黑一种常见的碳材料其具备高比表面积、高结构、高纯净度和导电性优异的特点，主要作为导电剂，用于电容和电池。

自修复材料是一种通过高温合成的有机化合物，可以通过氢键连接的方式将因为离子的传输导致的收缩/膨胀而使其结构遭到破坏的聚苯胺重新连接修复，以到达提高聚苯胺超级电容器的循环性能。

对于聚苯胺超级电容器的发展有几个发展方向：

(1)通过调节和设计聚合条件实现对聚苯胺微观形貌的可控制备；

(2)设计优化聚苯胺的高分子链结构，利用共聚、交联和取代等方法抑制体积变化，延长寿命；

(3)聚苯胺电极材料普遍具有能量密度较低的不足之处，研究高能量密度的聚苯胺及其复合材料是有必要的。

本发明从聚苯胺超电器件所面临的两个主要问题提出了解决方案，第一在制作电极材料时加入自修复聚合物提高聚苯胺器件的循环性能；第二利用双凝胶的方法提高聚苯胺超电器件的工作窗口，从而提高聚苯胺超电器件的能量密度。

发明内容

本发明旨在提供一种聚苯胺/导电炭黑复合材料的制备以及自修复高电压超电器件的构筑。本发明合成了一种具有特殊形貌的复合材料，这种形貌具有较好的容量和导电性，有效提高了电化学性能。本发明利用合成的复合材料与自修复聚合物制作了具有自修复功能的对称型和非对称型的超电器件。并用双凝胶电解质提高了器件的窗口，为解决聚苯胺超电器循环差和能量密度低的问题提出了解决方案。

本发明聚苯胺/导电炭黑复合材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：将钝化后的导电炭黑超声分散于去离子水中，将苯胺单体均匀分散于稀盐酸中，随后将导电炭黑与苯胺盐酸溶液搅拌混合，备用，标记为溶液a；

步骤2：称取一定量的过硫酸铵并将其溶解在稀盐酸中，标记为溶液b；

步骤3：将溶液a剧烈搅拌并将溶液b一次性加入其中，搅拌一段时间后辅以低温超声合成，随后将反应液转入恒温箱中静置反应一段时间；

步骤4：收集反应所得产物，用乙醇和去离子水混合液离心清洗多次，最终得到目标产物。