CN102899898B - 制备柔性超级电容器电极用导电聚吡咯复合织物的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制备柔性超级电容器电极用导电聚吡咯复合织物的方法，包括：（1）将吡咯溶解于有机溶剂中制成溶液A，氧化剂和掺杂剂溶解于水溶液中制成溶液B；（2）将B溶液移至A溶液中，形成清晰的两相界面，将织物置于界面处静置反应0.5~2h后取出织物用无水乙醇和水反复洗涤，得到单面涂层的织物；（3）将单面涂层后的织物翻面后置于另一按步骤（2）配制的新溶液的两相界面处，得到双面涂层的聚吡咯复合织物。本发明的方法在常温下可进行反应，设备简单，操作容易，无需借助模板即可得到纳米结构的聚吡咯；本发明制备的具有纳米结构的聚吡咯复合织物是一种具有良好导电性能和电化学性能的纺织品，可作为柔性超级电容器电极材料。

Description

制备柔性超级电容器电极用导电聚吡咯复合织物的方法
技术领域
本发明属于导电聚合物复合织物的制备领域，特别涉及一种制备柔性超级电容器电极用导电聚吡咯复合织物的方法。
背景技术
可穿戴电子产品（电子织物）在连续性的个人健康监测装置、高性能运动服、柔性显示器等方面有明显的应用前景。然而，电子产品皆需电源提供，因此具有纺织品所特有的轻质、柔性、易变形、透气等性能的能量转化或储存装备成为必要装置。
作为一种新兴的能量储存装置，超级电容器具有高功率密度、短充电时间、高循环性能和节约能源等特点，在轻薄、柔性的可穿戴电源领域得到广泛的关注。有机导电高分子如聚吡咯（PPy）、聚苯胺（PAN）和聚噻吩（PTH）等是一类具有长链共轭结构的高分子聚合物，具有原料易得、合成简便、氧化还原反应可逆以及理论容量高等优点，是作为柔性超级电容器电极的理想材料。但是该类导电聚合物膜拉伸断裂伸长小，限制了该类材料在可穿戴电源领域的使用。解决此问题的途径之一是将其与柔韧性良好的织物相结合，即可得到柔性与导电性能兼具的导电聚合物复合织物，进而可作为具有可穿戴特征的超级电容器的电极材料。
具有较大比表面积的导电聚合物被认为是法拉第准电容器的理想电极材料，其中具有有序纳米结构特定形貌的导电高分子材料，由于具有高的电导率与较高的比表面积，成为近年来的研究热点。现有技术中，导电聚合物复合织物均通过化学原位聚合得到，如公开号为CN101168923A和CN 102337679A所公布的通过原位聚合法获得聚苯胺复合导电纤维/织物的中国专利，但是化学聚合方法不易得到纳米结构的导电聚合物膜。界面聚合法是利用静态界面发生聚合反应，一步即可得到大量具有纳米结构的产物，具有设备简单、操作容易、反应快速、常温聚合等优点，且一般不依赖任何模板或表面活性剂。申请号为201110418753.0的中国专利采用界面聚合法制备了微/纳米纤维网状结构的导电聚吡咯膜，其用作超级电容器电极材料时具有较高的比电容和倍率特性，但单纯的聚吡咯膜柔韧性较差、伸长能力差，难以满足可穿戴电源对材料的机械性能要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种制备柔性超级电容器电极用导电聚吡咯复合织物的方法。由这种方法制备的纳米结构聚吡咯的复合织物既具有织物的透气、柔性、可拉伸特征，又具备聚吡咯的导电性和电化学性能，聚吡咯的纳米结构又使其具有高的比表面积及较高的比电容；本发明的方法在常温下可进行反应，设备简单，操作容易，无需借助模板即可得到纳米结构的聚吡咯。
本发明的一种制备柔性超级电容器电极用导电聚吡咯复合织物的方法，包括：
（1）将吡咯溶解于有机溶剂中制成溶液A，氧化剂和掺杂剂溶解于水溶液中制成溶液B；
（2）将B溶液移至A溶液中，形成清晰的两相界面，其中有机溶剂为下层，水溶液为上层，将织物置于界面处静置反应0.5~2h后取出织物用无水乙醇和水反复洗涤，得到单面涂层后的的织物，
（3）将单面涂层后的织物翻面按步骤（2）进行再一次涂层。
因聚合反应发生在两相界面处，生成的聚合物会转移到水相，因此处于界面处的织物只有接触水相的一面有导电聚合物涂层。
所述步骤（1）中的吡咯的浓度为0.02M。
所述步骤（1）中的有机溶剂为二氯甲烷。
所述步骤（1）中的氧化剂为过硫酸铵。
所述步骤（1）中的氧化剂的浓度为0.02M。
所述步骤（1）中掺杂剂为1,5-萘二磺酸。
所述步骤（1）中的掺杂剂的浓度为0.009M。
所述步骤（2）中的织物为机织物、针织物、或非织造织物。
所述步骤（2）中的织物为涤纶非织造织物、机织棉织物、针织棉织物或涤纶机织物。
有益效果
（1）由这种方法制备的纳米结构聚吡咯的复合织物既具有织物的透气、柔性、可拉伸特征，又具备聚吡咯的导电性和电化学性能，聚吡咯的纳米结构又使其具有高的比表面积及较高的比电容。
（2）本发明的方法在常温下可进行反应，设备简单，操作容易，无需借助模板即可得到纳米结构的聚吡咯。
附图说明
图1是界面聚合制备聚吡咯复合织物示意图；
图2是实施例2中聚吡咯复合织物的扫描电镜图；
图3是实施例2中聚吡咯复合织物的循环伏安图，扫速为10mV/s。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
（1）将0.02M吡咯溶解于有机溶剂二氯甲烷中制成溶液A，0.02M氧化剂过硫酸铵和0.009M掺杂剂1，5-萘二磺酸溶解于水溶液中制成溶液B；
（2）将B溶液移至A溶液中，形成清晰的两相界面，并将涤纶非织造织物置于界面处静置反应，如图1所示，0.5h后取出织物用无水乙醇和水反复洗涤；
（3）将涂层后的织物翻面并置于另一按步骤（2）配制的新溶液的两相界面处，静置反应0.5h后取出用无水乙醇和水反复洗涤，即可得双面涂层的聚吡咯复合织物。
实施例2
（1）将0.02M吡咯溶解于有机溶剂二氯甲烷中制成溶液A，0.02M氧化剂过硫酸铵和0.009M掺杂剂1，5-萘二磺酸溶解于水溶液中制成溶液B；
（2）将B溶液移至A溶液中，形成清晰的两相界面，并将机织棉织物置于界面处静置反应，如图1所示，1.0h后用取出织物用无水乙醇和水反复洗涤；
（3）将涂层后的织物翻面并置于另一按步骤（2）配制的新溶液的两相界面处，静置反应1.0h后取出用无水乙醇和水反复洗涤，即可得双面涂层的聚吡咯复合织物。图2所示为该聚吡咯复合棉织物的扫描电镜图。图3为该聚吡咯复合织物在三电极体系下的循环伏安图，其中电解液为1mol/L的NaCl溶液，对电极为铂网电极，参比电极为Ag/AgCl电极，扫速为10mV/s，所得比容量为105F/g，显示出良好的电化学性能。
实施例3
（1）将0.02M吡咯溶解于有机溶剂二氯甲烷中制成溶液A，0.02M氧化剂过硫酸铵和0.009M掺杂剂1，5-萘二磺酸溶解于水溶液中制成溶液B；
（2）将B溶液移至A溶液中，形成清晰的两相界面，并将等离子体处理1.0h后的涤纶机织物置于界面处静置反应，如图1所示，1.0h后取出用无水乙醇和水反复洗涤；
（3）将涂层后的织物翻面并置于另一按步骤（2）配制的新溶液的两相界面处，静置反应1.0h后取出用无水乙醇和水反复洗涤，即可得双面涂层的聚吡咯复合织物。
实施例4
（1）将0.02M吡咯溶解于有机溶剂二氯甲烷中制成溶液A，0.02M氧化剂过硫酸铵和0.009M掺杂剂1，5-萘二磺酸溶解于水溶液中制成溶液B；
（2）将B溶液移至A溶液中，形成清晰的两相界面，并将针织棉织物置于界面处静置反应，如图1所示，2.0h后取出织物用无水乙醇和水反复洗涤；
（3）将涂层后的织物翻面并置于另一按步骤（2）配制的新溶液的两相界面处，静置反应2.0h后取出用无水乙醇和水反复洗涤，即可得双面涂层的聚吡咯复合织物。

Claims (7)

1.一种制备柔性超级电容器电极用导电聚吡咯复合织物的方法，包括：
(1)将吡咯溶解于有机溶剂中制成溶液A，氧化剂和掺杂剂溶解于水溶液中制成溶液B；其中氧化剂为过硫酸铵；掺杂剂为1,5-萘二磺酸；
(2)将B溶液移至A溶液中，形成清晰的两相界面，其中有机溶剂为下层，水溶液为上层，将织物置于界面处静置反应0.5～2h后取出织物用无水乙醇和水反复洗涤，得到单面涂层后的的织物；
(3)将单面涂层后的织物翻面按步骤(2)进行再一次涂层。
2.根据权利要求1所述的一种制备柔性超级电容器电极用导电聚吡咯复合织物的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的吡咯的浓度为0.02M。
3.根据权利要求1所述的一种制备柔性超级电容器电极用导电聚吡咯复合织物的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的有机溶剂为二氯甲烷。
4.根据权利要求1所述的一种制备柔性超级电容器电极用导电聚吡咯复合织物的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的氧化剂的浓度为0.02M。
5.根据权利要求1所述的一种制备柔性超级电容器电极用导电聚吡咯复合织物的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的掺杂剂的浓度为0.009M。
6.根据权利要求1所述的一种制备柔性超级电容器电极用导电聚吡咯复合织物的方法，其特征在于：所述步骤(2)中的织物为机织物、针织物或非织造织物。
7.根据权利要求6所述的一种制备柔性超级电容器电极用导电聚吡咯复合织物的方法，其特征在于：所述步骤(2)中的织物为涤纶非织造织物、机织棉织物、针织棉织物或涤纶机织物。
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