聚合物电极膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种聚合物电极膜及其制备方法，聚合物电极膜的材料为噻吩单体与1，3，5‑三‑2’‑噻吩基苯单体形成的聚合物，噻吩单体与1，3，5‑三‑2’‑噻吩基苯单体的摩尔比为85～0：15～100。这种聚合物电极膜经过测试发现，其比容量可达350F/g，同时其在10A/g的大电流密度下循环充放电10000次后比容量保持率超过95％。相对于传统的超级电容器电极材料，这种聚合物电极膜具有更高的比容量保持率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及有机高分子材料领域，特别是涉及一种用于超级电容器的聚合物电极膜及其制备方法。
技术介绍
超级电容器和电化学超级电容器在近年来越来越受到科研人员的重视，其在电动汽车领域具有巨大的应用前景。超级电容器能在超短的时间内提供足够的电量以满足特定的设备，如混合动力电动汽车(HEV)、高功率闪光灯、脉冲激光器等。电化学超级电容器的电极材料主要包括有活性炭和碳纳米管、金属氧化物和导电聚合物。金属氧化物和导电聚合物是氧化还原类电极。导电聚合物为近期人们研究和关注的热点。其具有三个重要的性能优势：1)具有高比电容；2)掺杂态具有高导电率；3)在充放电过程中具有快速电子转移。目前人们主要研究的导电聚合物有聚苯胺、聚噻吩和聚吡咯。在这三类导电聚合物中，聚噻吩具有更好的化学稳定性和高导电率，而且能p型和n型掺杂，因此更有潜力作为电化学超级电容器的电极材料。目前，已经有不少报道关于聚噻吩作为超级电容器电极材料的研究。聚(3，4-乙撑二氧噻吩)PEDOT是目前研究最多的化合物。传统的聚噻吩材料在循环充放电1000次后的比容量保持率约为90％。针对超级电容器的实用特性，其在高电流密度充放电条件下，循环放电比容量保持率应进一步提商。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种循环充放电后的比容量保持率更高的聚合物电极膜及其制备方法。一种聚合物电极膜，所述聚合物电极膜的材料为噻吩单体与1，3，5-三-2’ -噻吩基苯单体形成的聚合物，所述噻吩单体与所述1，3，5-三-2’-噻吩基苯单体的摩尔比为85～0：15～100。在一个实施例中，所述噻吩单体与所述1，3，5-三-2’-噻吩基苯单体形成的聚合物的结构式如下：其中，A为所述1，3，5-三-2’-噻吩基苯单体，B为所述噻吩单体。在一个实施例中，所述噻吩单体与所述1，3，5-三-2’-噻吩基苯单体的摩尔比为85～15：15～85。在一个实施例中，所述聚合物电极膜为网状结构薄膜。一种上述的聚合物电极膜的制备方法，包括如下步骤：提供噻吩单体和1，3，5-三-2’-噻吩基苯单体；向磷酸盐离子液体中加入所述噻吩单体和所述1，3，5-三-2’-噻吩基苯单体，配制成总单体浓度为0.05mol/L～0.2mol/L的混合溶液，其中，所述噻吩单体与所述1，3，5-三-2’-噻吩基苯单体的摩尔比为85～0：15～100；以及在配备三电极的电解池中加入所述混合溶液，在氮气保护下进行电化学聚合，充分反应后在工作电极上得到聚合物电极膜。在一个实施例中，所述1，3，5-三-2’-噻吩基苯单体通过如下操作制备：在碳酸钾和四(三苯基膦)钯存在的条件下，以四氢呋喃为溶剂，对2-硼酸噻吩和1，3，5-三溴代苯进行Suzuki偶联反应，制得所述1，3，5-三-2’-噻吩基苯单体。在一个实施例中，所述噻吩单体与所述1，3，5-三-2’-噻吩基苯单体的摩尔比为85～15：15～85。在一个实施例中，所述磷酸盐离子液体为1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体。在一个实施例中，所述三电极中，所述工作电极为金属网，得到的所述聚合物电极膜为网状薄膜。在一个实施例中，所述电化学聚合为恒电流法聚合，聚合电流密度为1mA/cm2，聚合时间为20min～1h。这种聚合物电极膜的制备方法，在磷酸盐离子液体，以噻吩单体和1，3，5-三-2’-噻吩基苯单体为原料，通过电化学聚合方法在工作电极上得到聚合物电极膜。这种聚合物电极膜的制备方法制得的聚合物电极膜经过测试发现，其比容量可达350F/g，同时其在10A/g的大电流密度下循环充放电10000次后比容量保持率超过95％。相对于传统的超级电容器电极材料，这种聚合物电极膜具有更高的比容量保持率。附图说明图1为一实施方式的聚合物电极膜的制备方法的流程图；图2为实施例2制得的聚合物电极膜的扫描电镜照片；图3为以实施例2制得的聚合物电极膜所组成的对称超级电容器的循环充放电性能图。具体实施方式下面主要结合附图及具体实施例对聚合物电极膜以及制备方法作进一步详细的说明。一实施方式的聚合物电极膜，材料为噻吩单体与1，3，5-三-2’-噻吩基苯单体形成的聚合物。1，3，5-三-2’-噻吩基苯单体的结构式如下：噻吩单体与1，3，5-三-2’-噻吩基苯单体形成的聚合物的结构式如下：其中，A为1，3，5-三-2’-噻吩基苯单体，B为噻吩单体。其中，噻吩单体与1，3，5-三-2’-噻吩基苯单体的摩尔比为85～0：15～100。优选的，噻吩单体与1，3，5-三-2’-噻吩基苯单体的摩尔比为85～15：15～85。优选的，聚合物电极膜为网状结构薄膜。这种聚合物电极膜经过测试发现，其比容量可达350F/g，同时其在10A/g的大电流密度下循环充放电10000次后比容量保持率超过95％。相对于传统的超级电容器电极材料，这种聚合物电极膜具有更高的比容量保持率。如图1所示的上述聚合物电极膜的制备方法，包括如下步骤：S10、提供噻吩单体和1，3，5-三-2’-噻吩基苯单体。1，3，5-三-2’-噻吩基苯单体的结构式如下：1，3，5-三-2’-噻吩基苯单体可以通过如下操作制备：在碳酸钾和四(三苯基膦)钯存在的条件下，以四氢呋喃为溶剂，对2-硼酸噻吩和1，3，5-三溴代苯进行Suzuki偶联反应，制得1，3，5-三-2’-噻吩基苯单体。S20、向磷酸盐离子液体中加入S10得到的噻吩单体和1，3，5-三-2’-噻吩基苯单体，配制成总单体浓度为0.05mol/L～0.2mol/L的混合溶液。S20中，噻吩单体与1，3，5-三-2’-噻吩基苯单体的摩尔比为85～0：15～100。优选的，噻吩单体与1，3，5-三-2’-噻吩基苯单体的摩尔比为85～15：15～85。优选的，混合溶液中，总单体浓度为0.08mol/L。磷酸盐离子液体可以为1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐离子液体。S30、在配备三电极的电解池中加入S20得到的混合溶液，在氮气保护下进行电化学聚合，充分反应后在工作电极上得到聚合物电极膜。优选的，电化学聚合为恒电流法，聚合电流密度为1mA/cm2，聚合时间为20min～1h。优选的，三电极中，工作电极为金属网，得到的聚合物电极膜为网状薄膜。具体的，工作电极可以为不锈钢网。三电极中，参比电极可以为Ag/Ag+电极。三电极中，对电极为金属网。具体的，对电极可以为不锈钢网。得到的聚合物电极膜的材料为噻吩单体与1，3，5-三-2’-噻吩基苯单体形成的聚合物。噻吩单体与1，3，5-三-2’-噻吩基苯单体形成的聚合物的结构式如下：其中，A为1，3，5-三-2’-噻吩基苯单体，B为噻吩单体。这种聚合物电极膜的制备方法，在磷酸盐离子液体，以噻吩单体和1，3，5-三-2’-噻吩基苯单体为原料，通过电化学聚合方法在工作电极上得到聚合物电极膜。这种聚合物电极膜的制备方法制得的聚合物电极膜经过测试发现，其比容量可达350F/g，同时其在10A/g的大电流密度下循环充放电10000次后比容量保持率超过95％。相对于传统的超级电容器电极材料，这种聚合物电极膜具有更高的比容量保持率。以下为具体实施例。实施例1步骤1：1,3,5-三-2’-噻吩基苯(TPB)单体的制备：TPB单体是通过2-硼酸噻吩与1,3,5-三溴代苯在四氢呋本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚合物电极膜，其特征在于，所述聚合物电极膜的材料为噻吩单体与1，3，5‑三‑2’‑噻吩基苯单体形成的聚合物，所述噻吩单体与所述1，3，5‑三‑2’‑噻吩基苯单体的摩尔比为85～0：15～100。

【技术特征摘要】
1.一种聚合物电极膜，其特征在于，所述聚合物电极膜的材料为噻吩单体与1，3，5-三-2’-噻吩基苯单体形成的聚合物，所述噻吩单体与所述1，3，5-三-2’-噻吩基苯单体的摩尔比为85～0：15～100。2.根据权利要求1所述的聚合物电极膜，其特征在于，所述噻吩单体与所述1，3，5-三-2’-噻吩基苯单体形成的聚合物的结构式如下：其中，A为所述1，3，5-三-2’-噻吩基苯单体，B为所述噻吩单体。3.根据权利要求1所述的聚合物电极膜，其特征在于，所述噻吩单体与所述1，3，5-三-2’-噻吩基苯单体的摩尔比为85～15：15～85。4.根据权利要求1所述的聚合物电极膜，其特征在于，所述聚合物电极膜为网状结构薄膜。5.一种如权利要求1～4中任一项所述的聚合物电极膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：提供噻吩单体和1，3，5-三-2’-噻吩基苯单体；向磷酸盐离子液体中加入所述噻吩单体和所述1，3，5-三-2’-噻吩基苯单体，配制成总单体浓度为0.05mol/L～0.2mol/L的混合溶液，其中，所述噻吩单体与所述1，3，5-三-2’-噻吩基苯单体的摩尔比为85...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁美蓉，杨红平，徐永进，陈淮，
申请(专利权)人：深圳清华大学研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44