一种聚多巴胺改性碳气凝胶电极及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种聚多巴胺改性碳气凝胶电极及其制备方法，包含以下重量份数的原料组分：聚多巴胺改性碳气凝胶材料80

【技术实现步骤摘要】
一种聚多巴胺改性碳气凝胶电极及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及超级电容器用电极的制备领域，具体涉及一种超级电容器用聚多巴胺改性碳气凝胶电极及其制备方法。

技术介绍

[0002]超级电容器是一种介于传统静电电容器和电池之间的储能器件。超级电容器具有功率密度大、充放电倍率高、循环寿命长、耐温性好、环境友好等优点，从而获得了广泛应用。
[0003]电极作为超级电容器的重要部分，直接影响到器件的性能。碳材料是目前研究时间最长，应用最广泛的电极材料。具有比表面积高，孔隙丰富的多孔碳是优异的电极材料，但多孔碳材料本身亲溶剂性差，限制了离子在电极表面的扩散与传输，从而降低了充放电效率。因此，改善多孔碳材料的亲溶剂性是一种有效提高超级电容器性能的方法。
[0004]碳气凝胶是一种具有连续纳米多孔材料结构的新型碳材料，具有高比表面积、高孔隙率、良好导电性以及孔径可控等性能，受到广泛关注。将间苯二酚和甲醛作为原料，通过溶胶
‑
凝胶及超临界干燥等过程制得具有低密度、低热导率的有机电极碳，经过进一步的高温碳化过程制得了碳气凝胶。这一开创性工作为碳气凝胶材料的发展及应用奠定了基础，掀起了碳气凝胶研究的热潮。
[0005]但因碳气凝胶与多孔碳同样存在亲溶剂差的特点，碳气凝胶经过高温碳化和活化，表面的羟基和羧基都被碳化处理掉，电解液难以快速浸润，不利于离子的快速传递；从而导致超级电容器内阻偏大，不利于大电流充放电。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的目的在于克服已有技术的不足，提供一种聚多巴胺改性碳气凝胶电极。
[0007]需要说明的是，本专利技术公开制备的聚多巴胺改性碳气凝胶电极，利用在碱性的多巴胺溶液中，通过多巴胺的自身聚合反应在碳气凝胶材料表面形成一层亲溶剂性的聚多巴胺层，改善了电极的亲溶剂性，以此促进离子在电极表面的扩散与传输，最终提高电极对离子的吸附速率及吸附量。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0009]一种聚多巴胺改性碳气凝胶电极，包含以下重量份数的原料组分：聚多巴胺改性碳气凝胶材料80
‑
95份，导电剂2
‑
5份，粘结剂3
‑
10份；其中，
[0010]所述聚多巴胺改性碳气凝胶材料将碳气凝胶材料分散于多巴胺溶液中搅拌，然后冲洗、烘干得到。
[0011]优选的，所述粘结剂至少为聚四氟乙烯PTFE、聚偏二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯中的一种；所述导电剂为SuperP或科琴黑。
[0012]本专利技术还请求保护上述聚多巴胺改性碳气凝胶电极的制备方法，具体包括如下步
骤：
[0013](1)将碳气凝胶材料分散于多巴胺溶液中搅拌，然后冲洗、烘干，得到聚多巴胺改性碳气凝胶材料；
[0014](2)将所述聚多巴胺改性碳气凝胶材料、导电剂与粘结剂共混，静置、烘干，得到混合物，然后将混合物浸润并辊压压覆在导电涂层铝箔上，即得聚多巴胺改性碳气凝胶电极。
[0015]优选的，步骤(1)中，所述多巴胺溶液的溶剂为Tris
‑
HCl缓冲液，pH＝7
‑
8；且所述多巴胺溶液的浓度为0.5
‑
2g/L。
[0016]及，所述步骤(1)中搅拌为常温、常压下机械搅拌，搅拌速率为500r/min，搅拌时间为2
‑
24h。
[0017]优选的，所述步骤(2)中共混操作具体为：将聚多巴胺改性碳气凝胶材料和导电剂分散于去离子水中而形成分散液，然后向分散液中滴加粘结剂乳液并搅拌2
‑
4h，其中分散液的浓度为50
‑
80mg/L，粘结剂的质量百分浓度为3
‑
10％。
[0018]优选的，所述烘干温度为60
‑
120℃，时间为2
‑
24h，静置时间为2
‑
5h。
[0019]优选的，步骤(2)中，所述混合物浸润并辊压压覆操作具体为：混合物上喷洒浸润剂浸润后，再在强平面压强作用下压覆；其中，
[0020]强平面压强为3
‑
6MPa，浸润剂至少为甲醇、乙醇、冰醇中的一种。
[0021]进一步的，步骤(2)中，所述导电涂层铝箔至少为铝箔、腐蚀铝箔中的一种，所述聚多巴胺改性碳气凝胶电极的电极片厚度为0.2
‑
1mm。
[0022]本专利技术还请求保护所述聚多巴胺改性碳气凝胶电极在超级电容器中的应用。
[0023]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术提供的一种聚多巴胺改性碳气凝胶电极及其制备方法与应用，具有如下优异效果：
[0024]1)经本专利技术公开制备的聚多巴胺改性碳气凝胶电极，利用在碱性的多巴胺溶液中，通过多巴胺的自身聚合反应在碳气凝胶材料表面形成一层亲溶剂性的聚多巴胺层，改善了电极的亲溶剂性；
[0025]2)经本专利技术公开制备的聚多巴胺改性碳气凝胶电极，由于亲溶剂性的改善，能够促进离子在电极表面的扩散与传输，提高电极对离子的吸附速率及吸附量；
[0026]3)本专利技术的聚多巴胺改性碳气凝胶电极制备方法简单，成本低，易于工业化推广与应用。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0028]图1为为接触角图，其中(a)为碳气凝胶(AC)的接触角图；(b)为聚多巴胺改性碳气凝胶(PDA
‑
AC)的接触角图；
[0029]图2为纯碳气凝胶(AC)电极与聚多巴胺改性碳气凝胶(PDA
‑
AC)电极的循环伏安图。
具体实施方式
[0030]下面将结合本专利技术实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0031]本专利技术实施例公开了一种聚多巴胺改性碳气凝胶电极及其制备方法。
[0032]下面，将结合具体实施例，对本专利技术的技术方案作进一步的说明。
[0033]实施例1
[0034]聚多巴胺改性碳气凝胶电极的制备：
[0035](1)在室温条件下，通过机械搅拌将20g碳气凝胶均匀分散在1000mL多巴胺浓度为1g/L，pH＝7.5的Tris
‑
HCl缓冲液中，搅拌反应4h，再用大量去离子水过滤洗涤并干燥，得到聚多巴胺改性碳气凝胶；
[0036](2)配制浓度为80mg/mL的聚多巴胺改性碳气凝胶85％和导电剂5％的混合浆液，缓慢滴加10％PTFE乳液(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚多巴胺改性碳气凝胶电极，其特征在于，包含以下重量份数的原料组分：聚多巴胺改性碳气凝胶材料80
‑
95份，导电剂2
‑
5份，粘结剂3
‑
10份；其中，所述聚多巴胺改性碳气凝胶材料是将碳气凝胶材料分散于多巴胺溶液中搅拌，然后冲洗、烘干得到。2.根据权利要求1所述的一种聚多巴胺改性碳气凝胶电极，其特征在于，所述粘结剂至少为聚四氟乙烯PTFE、聚偏二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯中的一种；所述导电剂为SuperP或科琴黑。3.一种如权利要求1所述聚多巴胺改性碳气凝胶电极的制备方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：(1)将碳气凝胶材料分散于多巴胺溶液中搅拌，然后冲洗、烘干，得到聚多巴胺改性碳气凝胶材料；(2)将所述聚多巴胺改性碳气凝胶材料、导电剂与粘结剂共混，静置、烘干，得到混合物，然后将混合物浸润并辊压压覆在导电涂层铝箔上，即得聚多巴胺改性碳气凝胶电极。4.根据权利要求3所述的一种聚多巴胺改性碳气凝胶电极的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述多巴胺溶液的溶剂为Tris
‑
HCl缓冲液，pH＝7
‑
8；且所述多巴胺溶液的浓度为0.5
‑
2g/L。5.根据权利要求3或4所述的一种聚多巴胺改性碳气凝胶电极的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中搅拌为常温、常压下机械搅拌，搅拌速率为500r/min，搅拌时间为...

【专利技术属性】
技术研发人员：周海国，马春印，
申请(专利权)人：深圳市一众自动化技术有限公司，
类型：发明
国别省市：