CN103646791A - 超级电容器的多孔纳米结构的聚(5-氰基吲哚)膜电极 - Google Patents

超级电容器的多孔纳米结构的聚(5-氰基吲哚)膜电极 Download PDF

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徐景坤
周卫强
蒋丰兴
卢宝阳
祝丹华
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Abstract

本发明公开了一种超级电容器的多孔纳米结构的聚(5-氰基吲哚)膜电极，包括一层基质材料和一层导电聚合物，基质材料为铜、铁、镍、碳材料中的任意一种，基质材料上为多孔纳米结构的聚(5-氰基吲哚)膜导电聚合物层，其制备方法包括电化学溶液配制和多孔纳米结构的聚(5-氰基吲哚)膜的电沉积。本发明超级电容器的多孔纳米结构的聚(5-氰基吲哚)膜电极，采用多孔纳米结构的导电聚(5-氰基吲哚)作为超级电容器电极，具有良好的充放电稳定性、高的比电容值、高的比功率和高的比能量值。

Description

超级电容器的多孔纳米结构的聚(5-氰基吲哚)膜电极
技术领域
本发明属于超级电容器中电极材料及其制备方法，特别是涉及一种超级电容器的多孔纳米结构的聚(5-氰基吲哚)膜电极。
背景技术
具有高功率、瞬间大电流充放电、使用寿命长和节约能源等特点的超级电容器是一种新型储能装置。超级电容器可提供超大电流的电力，可用于车辆启动电源、车辆的牵引能源和激光武器的脉冲能源。我国“十五”863电动汽车专项中已把超级电容器列为专题进行研究，充分说明超级电容器具有广阔的应用前景，并蕴藏着巨大的经济效益。
电极材料是超级电容器核心部件，其主要分为三大类型：碳基材料、金属氧化物和导电聚合物。人们普遍采用比表面积大、导电性好、电化学稳定的碳基材料作为超级电容器的电极材料。然而价格昂贵的碳基材料的比电容都很低（50-80 F g-1），经过高温处理后方可达到100-200 F g-1。相对于碳基材料，金属氧化物（如，MnO2、V2O5、RuO2）具有较高的能量密度和比电容，但其比表面积小、电导率极低、使用寿命短、价格昂贵且机械性能差。导电聚合物作为超级电容器电极材料，其比电容、导电性和稳定性均介于碳基材料和金属氧化物之间，且容易制备、成本最低。导电聚合物主要集中于聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩。虽然传统的导电聚合物具有大的比电容，但它们的充放电稳定性不足。
发明内容
本发明目的是提供一种具有高的比电容、高的比功率、高的比能量和良好的充放电稳定性的超级电容器的多孔纳米结构的聚(5-氰基吲哚)膜电极。
本发明的超级电容器的多孔纳米结构的聚(5-氰基吲哚)膜电极，包括一层基质材料和一层多孔纳米结构的聚(5-氰基吲哚)膜，基质材料为铜、铁、镍、碳材料中的任意一种，基质材料上为多孔纳米结构的聚(5-氰基吲哚)膜层。
本发明的超级电容器的多孔纳米结构的聚(5-氰基吲哚)膜电极的制备方法，包括以下步骤：
1、电化学溶液配制：将5-氰基吲哚溶于中性有机溶剂和酸性有机溶液的混合液中，再在上述混合溶液中加入支持电解质，配制出5-氰基吲哚的摩尔浓度为10～50 mmol/L、支持电解质摩尔溶度为0.1 mol/L的电化学溶液；
2、多孔纳米结构的聚（5-氰基吲哚）膜的电沉积：将配制好的电化学溶液置入安装有基质材料为工作电极和铂丝作为对电极、Ag/AgCl作为参比电极的电化学反应装置中，向溶液中通入氮气10分钟，以除去溶液中的溶解氧，采用循环伏安法或恒电位法或恒电流法，控制电位范围在0-1.6 V之间，控制电流范围在1.0-2.0 mA/cm-2之间，控制聚合电量范围在2.0-4.0 C/cm2之间，在基质材料上一步电沉积多孔纳米结构的聚（5-氰基吲哚）层。
所述中性有机溶剂包括乙腈、二氯甲烷和三氯甲烷，所述酸性溶液为三氟化硼乙醚和三氟乙酸，所述支持电解质包括四氟化硼四丁基胺、高氯酸锂、三氟化硼乙醚。
本发明的超级电容器的多孔纳米结构的聚(5-氰基吲哚)膜电极，采用多孔纳米结构的聚(5-氰基吲哚)作为超级电容器电极，其具有良好的充放电稳定性、高的比电容值、高的比功率值和高的比能量值。
附图说明
图1为多孔纳米结构的聚（5-氰基吲哚）在1 mol/L H2SO4溶液中的不同电流密度下的充放电（A）及放电比电容曲线（B）图。
图2为多孔纳米结构的聚（5-氰基吲哚）在1 mol/L H2SO4溶液中的比功率与比能量关系曲线图。
图3为多孔纳米结构的聚（5-氰基吲哚）在1 mol/L H2SO4溶液中的充放电稳定性曲线图及电极表面形貌图。
具体实施方式
一种超级电容器的多孔纳米结构的聚(5-氰基吲哚)膜电极制备方法，包括以下步骤：
1、电化学溶液配制
将30 mmol/L 的5-氰基吲哚溶于乙腈和50%三氟化硼乙醚混合溶液中，再在上述混合溶液中加入0.1 mol/L的高氯酸锂作为支持电解质，配制的溶液为电化学溶液；
2、多孔纳米结构的聚（5-氰基吲哚）的电沉积
将配制好的30 mmol/L 的5-氰基吲哚溶液置入安装有碳基质材料为工作电极和铂作为对电极、Ag/AgCl作为参比电极的电化学反应装置中，向溶液中通入氮气10分钟，以除去溶液中的溶解氧，采用恒电位方法，控制电位为1.4 V，控制聚合电量在3.0 C/cm2左右，在碳基质材料上一步电沉积多孔纳米结构的聚（5-氰基吲哚）膜。

Claims (2)

1.一种超级电容器的多孔纳米结构的聚(5-氰基吲哚)膜电极，其特征在于：它包括一层基质材料和一层导电聚合物，基质材料为铜、铁、镍、碳材料中的任意一种；基质材料的上面为多孔纳米结构的聚(5-氰基吲哚)；
其制备方法，包括以下步骤：
（1）、电化学溶液配制
将5-氰基吲哚溶于中性有机溶剂和酸性有机溶液的混合溶液中，再在上述混合溶液中加入支持电解质，配制出5-氰基吲哚的摩尔浓度为10～50 mmol/L、支持电解质摩尔溶度为0.1 mol/L的电化学溶液；
（2）、多孔纳米结构的聚（5-氰基吲哚）膜的电沉积
将配制好的电化学溶液置入安装有基质材料为工作电极和铂丝作为对电极、Ag/AgCl作为参比电极的电化学反应装置中，向溶液中通入氮气10分钟，采用循环伏安法或恒电位法或恒电流法，控制电位范围在0-1.6 V之间，控制电流范围在1.0-2.0 mA/cm-2之间，控制聚合电量范围在2.0-4.0 C/cm2之间，在基质材料上一步电沉积多孔纳米结构的聚（5-氰基吲哚）层。
2.如权利要求2所述的超级电容器的多孔纳米结构的聚(5-氰基吲哚)膜电极，其特征在于：制备方法中所述中性有机溶剂包括乙腈、二氯甲烷和三氯甲烷，酸性溶液为三氟化硼乙醚和三氟乙酸，支持电解质包括四氟化硼四丁基胺、高氯酸锂、三氟化硼乙醚。
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