CN110265229B - 纸纤维/本征态聚苯胺超级电容器复合电极材料制备方法 - Google Patents
纸纤维/本征态聚苯胺超级电容器复合电极材料制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110265229B CN110265229B CN201910524439.7A CN201910524439A CN110265229B CN 110265229 B CN110265229 B CN 110265229B CN 201910524439 A CN201910524439 A CN 201910524439A CN 110265229 B CN110265229 B CN 110265229B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- paper fiber
- electrode material
- polyaniline
- aniline
- paper
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 title claims abstract description 117
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 111
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 92
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 title claims abstract description 85
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 title claims abstract description 19
- PAYRUJLWNCNPSJ-UHFFFAOYSA-N Aniline Chemical compound NC1=CC=CC=C1 PAYRUJLWNCNPSJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 86
- 238000000967 suction filtration Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims abstract description 10
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 claims abstract description 5
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 38
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 34
- ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N ammonium persulfate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 12
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 11
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910001870 ammonium persulfate Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 9
- UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M Sodium bicarbonate Chemical compound [Na+].OC([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 4
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910000030 sodium bicarbonate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 235000017557 sodium bicarbonate Nutrition 0.000 claims description 3
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 claims description 2
- 229910021578 Iron(III) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229920001131 Pulp (paper) Polymers 0.000 claims description 2
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 claims description 2
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 claims description 2
- 239000003929 acidic solution Substances 0.000 claims description 2
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K iron trichloride Chemical compound Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 2
- 239000012286 potassium permanganate Substances 0.000 claims description 2
- USHAGKDGDHPEEY-UHFFFAOYSA-L potassium persulfate Chemical compound [K+].[K+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O USHAGKDGDHPEEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 238000007639 printing Methods 0.000 claims description 2
- 235000011121 sodium hydroxide Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 6
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 18
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 14
- 239000000047 product Substances 0.000 description 11
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 9
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 9
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 7
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 7
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000000840 electrochemical analysis Methods 0.000 description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 3
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 2
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 125000000524 functional group Chemical group 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 2
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000002585 base Substances 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 description 1
- 231100000956 nontoxicity Toxicity 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- XHFLOLLMZOTPSM-UHFFFAOYSA-M sodium;hydrogen carbonate;hydrate Chemical compound [OH-].[Na+].OC(O)=O XHFLOLLMZOTPSM-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/48—Conductive polymers
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Paper (AREA)
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
Abstract
纸纤维/本征态聚苯胺超级电容器复合电极材料制备方法，其步骤为：（1）以纸纤维和苯胺为原料制备纸纤维/掺杂态聚苯胺复合材料，将苯胺与纸纤维分散于酸性溶液中，其中苯胺浓度为0.1～0.3mol/L，酸液浓度与苯胺浓度比为1:1。加入与苯胺相同浓度的氧化剂进行化学氧化聚合，反应4～6h，经抽滤，洗涤，制备得到纸纤维/掺杂态聚苯胺复合材料；（2）将纸纤维/掺杂态聚苯胺复合材料超声分散至碱溶液中，在搅拌条件下，脱掺杂处理6～8h后，抽滤，洗涤，干燥制备得到纸纤维/本征态聚苯胺超级电容器复合电极材料。
Description
技术领域
本发明涉及超级电容器用电极材料的制备技术，具体涉及纸纤维/本征态聚苯胺超级电容器复合电极材料的制备技术，属于超级电容器技术领域。
背景技术
超级电容器是一种介于传统电容器和化学电池之间的储能器件，具有较高电容量、能量密度大、循环寿命长和充放电速度快等优点，作为一种绿色环保、性能优异的新型储能器件，近年来成为研究热点。电极材料是影响超级电容器性能的关键因素，在众多电极材料中，聚苯胺由于其高掺杂稳定性、易制备和良好的环境稳定性等优点等被认为是一种极具发展潜力的超级电容器用电极材料。
导电聚合物聚苯胺在酸性条件下具有良好的氧化还原可逆性（可逆的质子酸掺杂/脱掺杂过程），可在不同氧化态之间进行可逆的氧化还原反应。聚苯胺的质子酸掺杂没有改变主链上的电子数目，只是质子进入高聚物链上使链带正电，为维持电中性，对阴离子也进入高聚物链，质子酸掺杂态聚苯胺可应用于超级电容器电极材料。与掺杂态聚苯胺相比，本征态聚苯胺电导率较低，在超级电容器性能研究中非常少见，文献报道利用无模板法氨水脱掺杂制备了本征态聚苯胺纳米纤维，研究表明：脱掺杂聚苯胺比掺杂态聚苯胺的容量和循环稳定性有所提高（De-doped polyaniline nanofibres with micropores forhigh-rate aqueous electrochemical capacitor，ChaoqingBian, Aishui Yu SyntheticMetals 160 (2010) 1579–1583）。通常利用化学氧化法制备的聚苯胺分子链易堆积，呈现大的块状结构，比表面积较小，不利于提高聚苯胺的比电容，并且在充放电过程中分子链会反复发生膨胀和收缩，引起聚苯胺分子链的结构坍塌，导致聚苯胺的电化学循环稳定性较差。因此提高聚苯胺的容量和循环稳定性，成为聚苯胺电极材料实际应用中亟待解决的问题。
目前，很多的柔性材料被用来作为电极材料的基板材料，例如石墨烯、碳纳米管、纤维素等用来改善聚苯胺的电化学性能。其中纤维素作为一种廉价、环境友好的自然界中最丰富的高分子，具有来源广泛、安全无毒、可生物降解等性质。其表面含有大量亲水官能团，如羧基、羟基等，可与聚苯胺复合增强其稳定性，同时使电极材料和电解液充分接触，保证了电解液中离子高效、快速扩散，从而提升电极材料的电化学性能。
本发明的目的在于提供一种纸纤维/本征态聚苯胺超级电容器电极材料的制备方法。将纸纤维与聚苯胺赝电容材料进行复合，利用两种材料各自的优势，可以有效提高复合材料的比电容和电化学循环稳定性，有望制备性能优异的柔性超级电容器，同时原材料易得，价格低廉，制备工艺简单，具有显著的应用前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种纸纤维/本征态聚苯胺超级电容器复合电极材料的制备方法。
本发明是纸纤维/本征态聚苯胺超级电容器复合电极材料制备方法，其步骤为：
（1）以纸纤维和苯胺为原料制备纸纤维/掺杂态聚苯胺复合材料，将苯胺与纸纤维分散于酸性溶液中，其中苯胺浓度为0.1～0.3mol/L，酸液浓度与苯胺浓度比为1:1。加入与苯胺相同浓度的氧化剂进行化学氧化聚合，反应4～6h，经抽滤，洗涤，制备得到纸纤维/掺杂态聚苯胺复合材料；
（2）将纸纤维/掺杂态聚苯胺复合材料超声分散至碱溶液中，在搅拌条件下，脱掺杂处理6～8h后，抽滤，洗涤，干燥制备得到纸纤维/本征态聚苯胺超级电容器复合电极材料。
本发明相对于现有技术，具有如下有益效果：
（1）本发明采用以环保、廉价的纸纤维和苯胺为原料，制备纸纤维/本征态聚苯胺超级电容器复合电极材料，通过静电作用在含有的大量亲水性官能团的纸纤维表面包覆掺杂态聚苯胺，再通过碱液脱掺杂，在电极材料内部产生导电通路，形成网状的纸纤维/本征态聚苯胺超级电容器复合电极材料，使其具备更高的储能优势和循环稳定性。
（2）本方法制备工艺简单、原料价廉易得，适合于产业化大规模生产。
（3）将本方法制备的纸纤维/本征态聚苯胺作为超级电容器电极材料，通过三电极体系在酸性电解液中进行测试，电极材料质量比组成为：电极材料85%，导电剂5%，粘结剂10%。测试表明，本方法制备的纸纤维/本征态聚苯胺超级电容器复合电极材料具备优异的电化学性能，相对于目前常用的掺杂态聚苯胺电极材料，其容量和循环稳定性都有较大程度的提高。在电流密度为3mA cm-2下，其比电容可以达到719F/g，经2000次充放电循环后，其电容保持率可达到99%。本征态聚苯胺在酸性电解液的再掺杂过程中，形成使禁带带隙宽度降低的杂质能级和产生电子输送能力提高的空穴使其电容性能得到提高，纤维形成的网状结构缩短了电解液扩散路径，使网状的纸纤维/本征态聚苯胺活性物质的电极电阻较小，其次，本征态聚苯胺牢固的包覆在纸纤维的表面，可以经受住较长时间的充放电循环。
附图说明
图1为实施例1中所用纸纤维的扫描电镜图，图2为实施例1中所用纸纤维的透射电镜图，图3为实施例1制备的纸纤维/本征态聚苯胺复合电极材料的扫描电镜图，图4为实施例1制备的纸纤维/本征态聚苯胺复合电极材料的透射电镜图，图5为实施例1制备的纸纤维/本征态聚苯胺复合电极材料（PF/EB）和在相同条件下，未加纸纤维制备的本征态聚苯胺(EB)在0.5 mol/L硫酸电解液中，扫描速率3mV/s下测定的循环伏安曲线图，图6为实施例1制备的纸纤维/本征态聚苯胺复合电极材料（PF/EB）在0.5 mol/L硫酸电解液中，不同电流密度下的恒流充放电曲线图，图7为实施例1制备的纸纤维/本征态聚苯胺复合电极材料（PF/EB）和在相同条件下，未加纸纤维制备的本征态聚苯胺(EB)在0.5 mol/L硫酸电解液中循环稳定性能图，图8为实施例1制备的纸纤维/本征态聚苯胺复合电极材料（PF/EB）和在相同条件下未加入纸纤维制备的本征态聚苯胺(EB)在0.5 mol/L硫酸电解液中的交流阻抗图。
具体实施方式
本发明是纸纤维/本征态聚苯胺超级电容器复合电极材料制备方法，其步骤为：
（1）以纸纤维和苯胺为原料制备纸纤维/掺杂态聚苯胺复合材料，将苯胺与纸纤维分散于酸性溶液中，其中苯胺浓度为0.1～0.3mol/L，酸液浓度与苯胺浓度比为1:1。加入与苯胺相同浓度的氧化剂进行化学氧化聚合，反应4～6h，经抽滤，洗涤，制备得到纸纤维/掺杂态聚苯胺复合材料；
（2）将纸纤维/掺杂态聚苯胺复合材料超声分散至分散至氨水，或者氢氧化钠，或者碳酸氢钠碱溶液中，碱液浓度为0.5～2 mol/L。在搅拌条件下，脱掺杂处理6～8h后，抽滤，洗涤，干燥制备得到纸纤维/本征态聚苯胺超级电容器复合电极材料。
根据以上所述的制备方法，在室温下，将所述的苯胺和纸纤维超声分散至酸性溶液中，制得苯胺与纸纤维的分散液。其中苯胺浓度为0.1～0.3mol/L，酸液浓度与苯胺浓度比为1:1。
根据以上所述的制备方法，所述纸纤维的用量为苯胺质量的1.5‰～10%。
根据以上的制备方法，所述的酸性溶液为盐酸，或者硫酸，或者硝酸中的至少一种。
根据以上的制备方法，所述氧化剂为过硫酸钾，或者过硫酸铵，或者高锰酸钾，或者氯化铁中的至少一种。
根据以上所述的制备方法，所述纸纤维来源于滤纸，或者吸水纸，或者全棉纤维纸，或者全木浆纸，或者打印纸。
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
本实施例纸纤维/本征态聚苯胺复合电极材料的制备过程如下：
（1）在室温下，将2mL苯胺超声分散到100 ml 0.2 mol/L 硫酸溶液中，向苯胺酸性分散液中加入15mg纸纤维，然后将2.28 g过硫酸铵溶解在50 ml去离子水中，边搅拌边缓慢滴加到溶液中。反应4h，将反应产物抽滤、洗涤，干燥，制得纸纤维/掺杂态聚苯胺复合材料。在相同条件下未加纸纤维制备得到掺杂态聚苯胺；
（2）取上述得到的纸纤维/掺杂态聚苯胺复合材料1g，在100mL氨水溶液中进行脱掺杂，氨水浓度为1mol/L，脱掺杂6h，反应产物经抽滤、洗涤，干燥，制得纸纤维/本征态聚苯胺复合电极材料。在相同条件下，将掺杂态聚苯胺经氨水脱掺杂制备得到本征态聚苯胺。
图1、图2为本实施例使用的纸纤维的扫描和透射电镜图，图3、图4为本实施例制备的纸纤维/本征态聚苯胺复合电极材料的扫描和透射电镜图。从图中可以看出，未处理的纸纤维基表面光滑，而产物一纸纤维/本征态聚苯胺复合电极材料的表面被本征态聚苯胺包覆，其余的聚苯胺分布在纸纤维的空隙处。说明在聚合过程中，聚苯胺沿纸纤维基体表面均匀生长且团聚现象不明显，保持了原本的纤维状结构，纸纤维不仅为脱掺杂聚苯胺生长起到了支撑作用，同时为内部电子传输提供了相对通道，从而降低电极内阻。同时多余的本征态从而形成良好的结构导电通路。
图5为本实施例制备的产物纸纤维/本征态聚苯胺复合电极材料和在相同条件下未加入纸纤维制备的本征态聚苯胺在0.5 mol/L硫酸电解液中，扫描速率3mV/s下测定的特征循环伏安曲线图，可以看出，复合电极材料和本征态聚苯胺存在类似的形状，均存在聚苯胺的三对氧化还原峰。
图6为本实施例制备的产物纸纤维/本征态聚苯胺复合电极材料在0.5mol/L硫酸电解液中，不同电流密度下的恒流充放电曲线图。计算得知产物在电流密度为3mA cm-2下的比电容高达719F/g。当电流密度增加至5、10和20 mA cm-2时，复合电极材料的保持率分别为91.0%、81.2%和53.8%。在电流密度为20 mA cm-2时，复合电极材料的比电容还能保持在53.8%，表明电极能够承受较高的充放电电压。
图7为本实施例制备的产物纸纤维/本征态聚苯胺复合电极材料和本征态聚苯胺在0.5mol/L硫酸电解液中，在1A/g电流密度下的循环性能图。在经过2000次循环充放电后，复合电极材料的电容保持率为99.0%，远高于本征态聚苯胺的69.6%，表明了其作为超级电容器材料良好的循环性能。
图8为本实施例制备的产物纸纤维/本征态聚苯胺复合电极材料和在相同条件下未加入纸纤维制备的本征态聚苯胺在0.5 mol/L硫酸电解液中的交流阻抗图，经拟合计算复合电极材料的电荷传递电阻较低约为0.29Ω，远小于本征态聚苯胺(0.6Ω)，说明纸纤维的加入形成电极材料的网状结构，可有效降低材料的内部电阻。
实施例2：
本实施例纸纤维/本征态聚苯胺复合电极材料的制备过程如下：
（1）在室温下，将2mL苯胺超声分散到100 ml 0. 2 mol/L 硫酸溶液中，向苯胺酸性分散液中加入30mg纸纤维，然后将2.28 g过硫酸铵溶解在50 ml去离子水中，边搅拌边缓慢滴加到溶液中。反应5h，将反应产物抽滤、洗涤，干燥，制得纸纤维/掺杂态聚苯胺复合材料；
（2）取上述得到的纸纤维/掺杂态聚苯胺复合材料1g，在100ml氨水溶液中进行脱掺杂，氨水浓度为2mol/L，脱掺杂8h，将反应产物抽滤、洗涤，干燥制得纸纤维/本征态聚苯胺复合电极材料。电化学测试表明复合电极材料在电流密度为3mA cm-2下的0.5mol/L硫酸电解液中，比电容为688F/g，2000次循环充放电后，复合电极材料的电容保持率为92.2%，电荷传输电阻为0.41Ω。
实施例3：
本实施例纸纤维/本征态聚苯胺复合电极材料的制备过程如下
（1）在室温下，将2mL苯胺超声分散到100 ml 0.2 mol/L盐酸溶液中，向苯胺酸性分散液中加入50mg纸纤维，然后将2.28 g过硫酸铵溶解在50 ml去离子水中，边搅拌边缓慢滴加到溶液中。反应5h，将反应产物抽滤、洗涤，干燥，制得纸纤维/掺杂态聚苯胺复合材料；
（2）取上述得到的/掺杂态聚苯胺复合材料1g，在100ml氨水溶液中进行脱掺杂，氨水浓度为1.5mol/L，脱掺杂4h，将反应产物抽滤、洗涤，干燥制得纸纤维/本征态聚苯胺复合电极材料。
本实施例产物经电化学测试表明复合电极材料在电流密度为3mA cm-2下的0.5mol/L硫酸电解液中，比电容为679F/g，2000次循环充放电后，复合电极材料的电容保持率为88.1%，电荷传输电阻为0.55Ω。
实施例4：
本实施例纸纤维/本征态聚苯胺复合电极材料的制备过程如下：
（1）在室温下，将2mL苯胺超声分散到100 ml 0.2 mol/L 硝酸溶液中，向苯胺酸性分散液中加入100mg纸纤维，然后将2.28 g过硫酸铵溶解在50 ml去离子水中，边搅拌边缓慢滴加到溶液中。反应6h，将反应产物抽滤、洗涤，干燥，制得纸纤维/掺杂态聚苯胺复合材料；
（2）取上述得到的/掺杂态聚苯胺复合材料1g，在100ml氨水溶液中进行脱掺杂，氨水浓度为1.5 mol/L，脱掺杂4h，将反应产物抽滤、洗涤，干燥制得纸纤维/本征态聚苯胺复合电极材料。
本实施例产物经电化学测试表明复合电极材料在电流密度为3mA cm-2下的0.5mol/L硫酸电解液中，比电容为644F/g，2000次循环充放电后，复合电极材料的电容保持率为83.6%，电荷传输电阻为0.59Ω。
实施例6：
本实施例纸纤维/本征态聚苯胺复合电极材料的制备过程如下：
（1）在室温下，将2mL苯胺超声分散到100 ml 0. 2 mol/L盐酸溶液中，向苯胺酸性分散液中加入180mg纸纤维，然后将2.28 g过硫酸铵溶解在50 ml去离子水中，边搅拌边缓慢滴加到溶液中。反应6h，将反应产物抽滤、洗涤，干燥，制得纸纤维/掺杂态聚苯胺复合材料；
（2）取上述得到的/掺杂态聚苯胺复合材料，在100ml氨水溶液中进行脱掺杂，氨水浓度为2.0 mol/L，脱掺杂8h，将反应产物抽滤、洗涤，干燥制得纸纤维/本征态聚苯胺复合电极材料。
本实施例产物经电化学测试表明复合电极材料在电流密度为3mA cm-2下的0.5mol/L硫酸电解液中，比电容为631F/g，2000次循环充放电后，复合电极材料的电容保持率为79.8%，电荷传输电阻为0.63Ω。
实施例7：
本实施例纸纤维/本征态聚苯胺复合电极材料的制备过程如下：
（1）在室温下，将2mL苯胺超声分散到100 ml 0.2 mol/L 盐酸溶液中，向苯胺酸性分散液中加入30mg纸纤维，然后将2.28 g过硫酸铵溶解在50 ml去离子水中，边搅拌边缓慢滴加到溶液中。反应4h，将反应产物抽滤、洗涤，干燥，制得纸纤维/掺杂态聚苯胺复合材料；
（2）取上述得到的/掺杂态聚苯胺复合材料1g，在100ml碳酸氢钠水溶液中进行脱掺杂，碳酸氢钠溶液的浓度为1.5mol/L，脱掺杂8h，反应产物经抽滤、洗涤，干燥制得纸纤维/本征态聚苯胺复合电极材料。
本实施例产物经电化学测试表明复合电极材料在电流密度为3mA cm-2下的0.5mol/L硫酸电解液中，比电容为676F/g，2000次循环充放电后，复合电极材料的电容保持率为92.6%，电荷传输电阻为0.43Ω。
实施例8：
本实施例纸纤维/本征态聚苯胺复合电极材料的制备过程如下：
（1）在室温下，将2mL苯胺超声分散到100 ml 0.2 mol/L 硫酸溶液中，向苯胺酸性分散液中加入30mg纸纤维，然后将2.28 g过硫酸铵溶解在50 ml去离子水中，边搅拌边缓慢滴加到溶液中。反应5h，将反应产物抽滤、洗涤，干燥，制得纸纤维/掺杂态聚苯胺复合材料；
（2）取上述得到的/掺杂态聚苯胺复合材料1g，在100ml氢氧化钠水溶液中进行脱掺杂，氢氧化钠溶液的浓度为1.0 mol/L，脱掺杂6h，反应产物经抽滤、洗涤，干燥制得纸纤维/本征态聚苯胺复合电极材料。
本实施例产物经电化学测试表明复合电极材料在电流密度为3mA cm-2下的0.5mol/L硫酸电解液中，比电容为664F/g，2000次循环充放电后，复合电极材料的电容保持率为89.8%，电荷传输电阻为0.46Ω。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (6)
1.纸纤维/本征态聚苯胺超级电容器复合电极材料制备方法，其特征在于，其步骤为：
（1）将苯胺与纸纤维分散于酸性溶液中，其中苯胺浓度为0.1～0.3mol/L，加入与苯胺相同浓度的氧化剂进行化学氧化聚合，反应4～6h，经抽滤，洗涤，制备得到纸纤维/掺杂态聚苯胺复合材料；
（2）将纸纤维/掺杂态聚苯胺复合材料超声分散至氨水，或者氢氧化钠，或者碳酸氢钠碱溶液中，碱液浓度为0.5～2 mol/L；在搅拌条件下，脱掺杂处理6～8h后，抽滤，洗涤，干燥制备得到纸纤维/本征态聚苯胺超级电容器复合电极材料。
2.根据权利要求1所述的纸纤维/本征态聚苯胺超级电容器复合电极材料制备方法，其特征在于，在室温下，将所述的苯胺和纸纤维超声分散至酸性溶液中，制得苯胺与纸纤维的分散液；其中苯胺浓度为0.1～0.3mol/L，酸液浓度与苯胺浓度比为1:1。
3.根据权利要求1所述的纸纤维/本征态聚苯胺超级电容器复合电极材料制备方法，其特征在于所述纸纤维的用量为苯胺质量的1.5‰～10%。
4.根据权利要求1所述的纸纤维/本征态聚苯胺超级电容器复合电极材料制备方法，其特征在于所述的酸性溶液为盐酸，或者硫酸，或者硝酸中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的纸纤维/本征态聚苯胺超级电容器复合电极材料制备方法，其特征在于所述氧化剂为过硫酸钾，或者过硫酸铵，或者高锰酸钾，或者氯化铁中的至少一种。
6.根据权利要求1中所述的纸纤维/本征态聚苯胺超级电容器复合电极材料制备方法，其特征在于所述纸纤维来源于滤纸，或者吸水纸，或者全棉纤维纸，或者全木浆纸，或者打印纸。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910524439.7A CN110265229B (zh) | 2019-06-18 | 2019-06-18 | 纸纤维/本征态聚苯胺超级电容器复合电极材料制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910524439.7A CN110265229B (zh) | 2019-06-18 | 2019-06-18 | 纸纤维/本征态聚苯胺超级电容器复合电极材料制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110265229A CN110265229A (zh) | 2019-09-20 |
| CN110265229B true CN110265229B (zh) | 2021-09-28 |
Family
ID=67918842
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910524439.7A Expired - Fee Related CN110265229B (zh) | 2019-06-18 | 2019-06-18 | 纸纤维/本征态聚苯胺超级电容器复合电极材料制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110265229B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110642335B (zh) * | 2019-09-29 | 2021-12-07 | 南昌航空大学 | 一种对白钨矿选矿废水中钨酸根的回收吸附方法 |
| CN110808178A (zh) * | 2019-11-14 | 2020-02-18 | 哈尔滨工业大学 | 一种具有高比电容聚苯胺/碳化钛柔性电极的制备方法 |
| CN115110344B (zh) * | 2022-07-28 | 2023-07-21 | 南京航空航天大学 | 一种纤维素-聚苯胺电磁屏蔽复合纸及其制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05121075A (ja) * | 1991-10-28 | 1993-05-18 | Sanyo Electric Co Ltd | 電気化学的に活性な電極およびそれを用いた電気化学的セル |
| CN101599369A (zh) * | 2009-06-30 | 2009-12-09 | 中南大学 | 一种用于超级电容器的掺杂态聚苯胺电极材料及其制备方法 |
| CN105206431A (zh) * | 2015-10-12 | 2015-12-30 | 中国林业科学研究院木材工业研究所 | 电极材料的制备方法和由其制备的电极材料 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101036164B1 (ko) * | 2009-04-24 | 2011-05-23 | 성균관대학교산학협력단 | 복합전극 및 이의 제조방법 |
| CN108103616B (zh) * | 2018-01-12 | 2020-04-07 | 北京林业大学 | 一种氮掺杂的木质素基碳纤维复合材料的制备方法 |
-
2019
- 2019-06-18 CN CN201910524439.7A patent/CN110265229B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05121075A (ja) * | 1991-10-28 | 1993-05-18 | Sanyo Electric Co Ltd | 電気化学的に活性な電極およびそれを用いた電気化学的セル |
| CN101599369A (zh) * | 2009-06-30 | 2009-12-09 | 中南大学 | 一种用于超级电容器的掺杂态聚苯胺电极材料及其制备方法 |
| CN105206431A (zh) * | 2015-10-12 | 2015-12-30 | 中国林业科学研究院木材工业研究所 | 电极材料的制备方法和由其制备的电极材料 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| "Chemical Synthesis of De-Doped Polyaniline for High Performance Aqueous Supercapacitive Material";Hui Xu等;《Journal of The Electrochemical Society》;20181214;第165卷;摘要、实验和结论部分 * |
| "苯胺在纸浆纤维体系中原位聚合制备导电纸";宋豪;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》;20061015(第10期);摘要、第2.1-2.2节 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110265229A (zh) | 2019-09-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110265229B (zh) | 纸纤维/本征态聚苯胺超级电容器复合电极材料制备方法 | |
| CN108103616B (zh) | 一种氮掺杂的木质素基碳纤维复合材料的制备方法 | |
| CN101235199B (zh) | 一种碳纳米管改性聚苯胺纳米纤维复合材料的制备方法 | |
| CN101443857B (zh) | 高电子电导率聚合物及使用该聚合物的高容量、高功率的电化学能量存储装置 | |
| CN106328384B (zh) | 碳量子点-聚苯胺/碳纤维一体化复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN112940353B (zh) | 一种纤维素/石墨烯/聚苯胺复合凝胶的自组装制备方法 | |
| CN106206073A (zh) | 钴离子掺杂聚苯胺/碳纳米管复合电极材料及其制备方法 | |
| CN114030046B (zh) | 一种各向同性导电纸的制备方法 | |
| CN102010594B (zh) | 一种导电聚合物/倍半硅氧烷复合电极材料的制备方法 | |
| CN109273271B (zh) | 一种高导电柔性自支撑的全固态超级电容器及其制备方法 | |
| CN108389729B (zh) | 一种石墨烯织物电极或纱线电极的制备方法及在超级电容器中的应用 | |
| CN112103089B (zh) | 氮掺杂石墨烯量子点/土元粉基多孔碳复合材料电极、其应用及其制备方法 | |
| CN105869901B (zh) | 一种结构可控的碳纳米纤维复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN112201486B (zh) | 一种聚3,4-乙撑二氧噻吩/石墨毡柔性电极材料的制备方法 | |
| CN108831749B (zh) | 一种电化学储能复合材料及其制备方法 | |
| CN109346337B (zh) | 一种复合电极材料的制备方法 | |
| CN108659250B (zh) | 一种硫掺杂还原氧化石墨烯复合薄膜的制备方法 | |
| CN111768976A (zh) | 一种聚吡咯/银/氧化石墨烯复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN110534352A (zh) | 一种聚3,4-乙撑二氧噻吩包覆氧化石墨烯的制备方法及其应用 | |
| CN114512350A (zh) | 一种具有自支撑的柔性碳材料及其制备方法和应用 | |
| CN108198699B (zh) | 一种自支撑石墨烯膜/聚苯胺@聚苯胺分级结构复合电极、制备方法及应用 | |
| CN112185711A (zh) | 一种聚3,4-乙撑二氧噻吩/二硫化钼/石墨烯复合材料的制备方法 | |
| CN108538646B (zh) | 一种纳米花状聚吡咯氧化锰复合材料的制备方法及应用 | |
| CN106449148A (zh) | 一种管状二氧化锰/聚苯胺/石墨烯复合材料的制备方法 | |
| CN110783116A (zh) | 一种外包覆石墨导电层基于棉线原位生长盐酸掺杂聚苯胺电极的制备方法及应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20210928 |