一种超级电容器用聚苯胺接枝改性二氧化硅复合电极材料的制备方法技术

一种超级电容器用聚苯胺接枝改性二氧化硅复合电极材料的制备方法，具体步骤如下：将纳米二氧化硅通过一种新型的搅拌方式分散在羟基化溶液中，制备得到富羟基型纳米二氧化硅；通过与硅烷偶联剂反应得到含活性反应基团的改性纳米二氧化硅；将含活性反应基团的改性纳米二氧化硅分散在酸性水溶液中，超声分散。再加入苯胺，在一种新型的搅拌方式下分散均匀。将氧化剂分散在酸性水溶液，冷藏后，逐滴加入苯胺和含活性反应基团的改性纳米二氧化硅混合溶液中，将混合液依次用水和无水乙醇洗至滤液无色，真空干燥后得到超级电容器用复合电极材料。

Method for preparing polyaniline grafted modified silicon dioxide composite electrode material for super capacitor

Preparation method of silica composite electrode modified with polyaniline grafted a super capacitor, the specific steps are as follows: nano silica by a mixing model dispersed in the hydroxylation solution, prepared by hydroxyl rich type nano silica; by reaction with silane coupling agent by modified nano silica containing active reaction group; modified nano silica containing reactive groups dispersed in acidic aqueous solution, ultrasonic dispersion. And then adding aniline, in a new type of mixing evenly dispersed. The oxidizing agent is dispersed in acidic aqueous solution, after cold storage, dropwise adding aniline and containing reactive groups of the modified nano silica in the mixed solution, the mixed solution of water and ethanol in order to wash the colorless filtrate, vacuum drying to obtain a composite electrode material for super capacitor.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及超级电容器的电极材料的制备领域，尤其涉及一种超级电容器用聚苯胺接枝改性二氧化硅复合电极材料的制备方法。
技术介绍
超级电容器作为一种新型的储能装置，以其高功率密度、长使用寿命和快充放电速度等优点被广泛用于混合电动汽车和便携式电子设备，已成为近年来的研究热点。电极材料作为超级电容器的核心配件，聚苯胺是常见的电极材料之一，具有无毒、成本低、易合成等优点。但是聚苯胺在长时间的充放电后，会引起材料的收缩或膨胀，导致其稳定性变差。因此，为了改善聚苯胺的循环稳定性，可尝试将其他材料与聚苯胺复合，从而提高复合材料的结构稳定性。二氧化硅因其来源广、成本低和热稳定好等优点，常被用作聚苯胺复合材料的填充剂。但是由于纳米粒子的小尺寸效应，极易产生团聚现象，从而影响复合材料性能的均一性。因此，如何避免纳米二氧化硅的团聚现象，同时提高电极复合材料的综合性能，而被科研工作者广泛关注。
技术实现思路
专利技术目的：本专利涉及的方法是一种超级电容器用聚苯胺接枝改性二氧化硅复合电极材料的制备方法。技术方案：为了实现上述目的，本专利技术涉及一种超级电容器用聚苯胺接枝改性二氧化硅复合电极材料的制备方法，该方法包括如下步骤：(1)表面富羟基型纳米二氧化硅的制备；(2)含活性反应基团的改性纳米二氧化硅的制备；(3)聚苯胺接枝改性二氧化硅复合电极材料的制备。步骤(1)所述的表面富羟基型纳米二氧化硅的制备是指将纳米二氧化硅加入至羟基化溶液中，在一种新型的搅拌方式下分散，在50～80℃下反应0.5～2h得到富羟基型纳米二氧化硅。反应结束后，将混合液离心分离，依次用水和无水乙醇洗3～5次，真空干燥后得到表面富羟基型纳米二氧化硅。纳米二氧化硅的浓度为0.5～10wt％，纳米二氧化硅的粒径为10～50nm。步骤(1)所述的一种新型的搅拌方式为机械搅拌和超声波并用的分散混合方式，机械搅拌转速为200～400rpm，超声波频率为30～50kHz。步骤(1)所述的羟基化溶液是指含双氧水和氨水的混合溶液，或是指含有浓硫酸和双氧水的混合溶液。步骤(2)所述的含活性反应基团的改性纳米二氧化硅的制备是指将步骤(1)中得到的表面富羟基型纳米二氧化硅分散在30～100mL无水甲苯中，滴入硅烷偶联剂1～5mL，升温至70～100℃，反应2～5h后，将混合液离心分离，依次用水和无水乙醇洗3～5次，真空干燥后得到含活性反应基团的纳米二氧化硅。富羟基型纳米二氧化硅的浓度为0.5～20wt％。硅烷偶联剂为N-苯基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷和2-((叔丁基二甲基甲硅烷基氧基)甲基)-3-(4，4，5，5-四甲基-1，3，2-二噁硼烷-2-基)苯胺。步骤(3)所述的聚苯胺接枝改性二氧化硅复合电极材料的制备是指将步骤(2)中得到的含活性反应基团的改性二氧化硅分散在0.05～2mol/L的酸性水溶液中，超声分散0.5～2h，其浓度为0.01～1wt％，超声频率为30～50kHz，酸性水溶液为盐酸、硫酸、高氯酸或十二烷基苯磺酸的水溶液；在上述混合溶液中加入苯胺，混合溶液的温度控制在0～4℃，在一种新型的搅拌方式下分散0.5～2h，苯胺的浓度为0.05～0.5mol/L；将氧化剂分散在0.05～2mol/L的酸性水溶液中，0～4℃下冷藏0.5～2h，氧化剂的浓度为0.05～0.5mol/L，氧化剂为过硫酸铵、过硫酸钾和过氧化氢；在一种新型的搅拌方式下，在含苯胺的混合液中逐滴加入氧化剂混合溶液，保持温度为0～4℃；待氧化剂滴加完毕后，在一种新型的搅拌方式下，反应时间为0.5～2h。反应结束后，将混合液依次用水和无水乙醇洗至滤液无色，真空干燥后得到超级电容器用聚苯胺接枝改性二氧化硅复合电极材料。步骤(3)所述的一种新型的搅拌方式为机械搅拌和超声波并用的分散混合方式，机械搅拌转速为200～400rpm，超声波频率为30～50kHz。本专利技术的优点在于：本专利技术所用的机械搅拌和超声波并用的搅拌方式具有分散效果显著，提高反应效率和有效避免纳米颗粒的团聚现象等优点。本专利技术得到的富羟基型纳米二氧化硅具有操作简便，产率高等优点，可实现工业化。本专利技术设计将聚苯胺分子与含活性反应基团的改性纳米二氧化硅通过化学键结合的方式，可提高复合材料的综合性能。本专利技术得到的超级电容器用聚苯胺接枝改性二氧化硅复合电极材料具有工艺简单、成本低廉、导电性良好、循环稳定性好、热稳定性优异等优点，具有良好的工业应用前景。附图说明图1为实施例1聚苯胺接枝改性二氧化硅(PANI/M-SiO2)复合电极材料的电镜照片。图2为实施例1聚苯胺接枝改性二氧化硅(PANI/M-SiO2)复合电极材料在100mV/s扫描速度的循环伏安曲线，其中横坐标为电位，纵坐标为电流。具体实施方式实施例1：(1)向双氧水和氨水的混合溶液中加入纳米二氧化硅，升温至40℃，在机械搅拌和超声波并用的方式下反应1h，机械搅拌转速为300rpm，超声波频率为40kHz。反应结束后，将混合液离心分离，依次用水和无水乙醇洗3次，真空干燥后得到富羟基型纳米二氧化硅。纳米二氧化硅的浓度为10wt％，纳米二氧化硅的粒径为20nm。(2)在机械搅拌转速为300rpm和超声波频率为40kHz共同的分散方式下，将富羟基型纳米二氧化硅分散在50mL无水甲苯中，滴入N-苯基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷2mL，升温并至80℃，反应3h后，将混合液离心分离，依次用水和无水乙醇洗3次，真空干燥后得到含活性反应基团的纳米二氧化硅(记作M-SiO2)。富羟基型纳米二氧化硅的浓度为8wt％。(3)将含活性反应基团的二氧化硅分散在1mol/L的盐酸水溶液中，超声分散0.5h，含活性反应基团的二氧化硅的浓度为0.05wt％，超声频率为40kHz。在上述混合溶液中加入苯胺，混合溶液的温度控制在0℃，在机械搅拌转速为300rpm和超声波频率为40kHz共同的分散方式下混合0.5h，苯胺的浓度为0.5mol/L；将过硫酸铵分散在1mol/L的盐酸水溶液中，0℃下冷藏0.5h，过硫酸铵的浓度为0.5mol/L。在机械搅拌转速为300rpm和超声波频率为40kHz的分散方式下，在含苯胺的混合液中逐滴加入过硫酸铵的混合溶液，保持温度为0℃；待过硫酸铵混合液滴加完毕后，在机械搅拌转速为300rpm和超声波频率为40kHz的分散方式下，反应时间为1h。反应结束后，将混合液依次用水和无水乙醇洗至滤液无色，真空干燥后得到超级电容器用聚苯胺接枝改性二氧化硅复合电极材料。实施例2：(1)向双氧水和浓硫酸的混合溶液中加入纳米二氧化硅，升温至80℃，在机械搅拌和超声波并用的方式下反应1h，机械搅拌转速为300rpm，超声波频率为40kHz。反应结束后，将混合液离心分离，依次用水和无水乙醇洗3次，真空干燥后得到富羟基型纳米二氧化硅。纳米二氧化硅的浓度为10wt％，纳米二氧化硅的粒径为20nm。(2)在机械搅拌转速为300rpm和超声波频率为40kHz共同的分散方式下，将富羟基型纳米二氧化硅分散在50mL无水甲苯中，滴入N-苯基-3-氨基丙基三甲氧基硅烷2mL，升温并至80℃，反应3h后，将混合液离心分离，依次用水和无水乙醇洗3次，真空干燥后得到含活性反应基团的纳米二氧化硅(记作M-SiO2)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超级电容器用聚苯胺接枝改性二氧化硅复合电极材料的制备方法，依次包括以下步骤：(1)表面富羟基型纳米二氧化硅的制备；(2)含活性反应基团的改性纳米二氧化硅的制备；(3)聚苯胺接枝改性二氧化硅复合电极材料的制备。

【技术特征摘要】
1.一种超级电容器用聚苯胺接枝改性二氧化硅复合电极材料的制备方法，依次包括以下步骤：(1)表面富羟基型纳米二氧化硅的制备；(2)含活性反应基团的改性纳米二氧化硅的制备；(3)聚苯胺接枝改性二氧化硅复合电极材料的制备。2.如权利要求1所述的一种超级电容器用聚苯胺接枝改性二氧化硅复合电极材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述的表面富羟基型纳米二氧化硅的制备是指将纳米二氧化硅加入至羟基化溶液中，在一种新型的搅拌方式下分散，在50～80℃下反应0.5～2h得到富羟基型纳米二氧化硅。反应结束后，将混合液离心分离，依次用水和无水乙醇洗3～5次，真空干燥后得到表面富羟基型纳米二氧化硅。纳米二氧化硅的浓度为0.5～10wt％，纳米二氧化硅的粒径为10～50nm。3.如权利要求2所述的一种超级电容器用聚苯胺接枝改性二氧化硅复合电极材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述的一种新型的搅拌方式为机械搅拌和超声波并用的分散混合方式，机械搅拌转速为200～400rpm，超声波频率为30～50kHz。4.如权利要求2所述的一种超级电容器用聚苯胺接枝改性二氧化硅复合电极材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述的羟基化溶液是指含双氧水、氨水及水的混合溶液，或是指含有浓硫酸和双氧水的混合溶液。5.如权利要求1所述的一种超级电容器用聚苯胺接枝改性二氧化硅复合电极材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述的含活性反应基团的改性纳米二氧化硅的制备是指将步骤(1)中得到的表面富羟基型纳米二氧化硅分散在30～100mL无水甲苯中，滴入硅烷偶联剂1～5mL，升温至70～100℃，反应2～5h后，将混合液离心分离，依次用水和无水乙醇洗3～5次，真空干燥后得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：石刚，李培培，倪才华，李赢，王大伟，桑欣欣，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32