柔性超级电容器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种柔性超级电容器及其制备方法。包括正极、负极和Nafion隔膜，正极和负极均为氧化石墨烯负载的Nafion掺杂导电聚合物。其制备方法包括：a)氧化石墨烯负载Nafion掺杂导电聚合物材料的制备；b)电极片的制备；c)柔性超级电容器的制备。本发明专利技术具有如下优点：柔性超级电容器中Nafion膜具有隔膜和电解质的作用，减少柔性超级电容器的部件，组装更方便；Nafion的掺杂能够扩展电化学界面，提高导电聚合物利用率；Nafion掺杂导电聚合物材料负载在氧化石墨烯上，能够延缓导电聚合物的降解，进而提高柔性超级电容器的稳定性和寿命。进而提高柔性超级电容器的稳定性和寿命。进而提高柔性超级电容器的稳定性和寿命。

【技术实现步骤摘要】
柔性超级电容器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及超级电容器
，具体涉及一种柔性超级电容器及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着科技的发展，电子产品往小型化、轻薄化和可折叠的方向发展，上述发展趋势的前提是电子产品的能源器件能够实现柔性化。相比于电池和燃料电池等能源器件，超级电容器更容易做成柔性器件，而且超级电容器还具有安全性好、功率密度高、充放电速度快、循环寿命长等优点。
[0003]柔性超级电容器一般使用凝胶电解质，由于凝胶电解质的强度不高，正负极容易接触而短路，所以一般还需使用隔膜来隔离正负极，这无疑增加柔性超级电容器的结构复杂性和制备难度。Nafion膜具有较高的离子电导率，可作为电解质，同时强度也较高，是较好的柔性超级电容器隔膜材料。相比于常见的多孔碳材料，导电聚合物和Nafion膜的结合更紧密(都为高分子材料)，所以导电聚合物是基于Nafion膜的柔性超级电容器良好的电极材料。中国专利(CN201510562651)以导电聚合物为电极材料，Nafion膜等作为隔膜，制备了柔性超级电容器。上述专利中固态电极与固态Nafion膜接触时，只有电极表面的材料处于电化学界面上，柔性超级电容器性能不高，为了提高性能，上述专利中柔性超级电容器组装时还添加了电解液，导致柔性超级电容器在弯折时容易泄露电解液。同时，导电聚合物在电化学循环过程中容易降解，导致柔性超级电容器的稳定性不好。

技术实现思路

[0004]鉴于现有技术的不足，本专利技术的目的在于构筑氧化石墨烯负载Nafion掺杂导电聚合物材料，并基于此组装基于Nafion膜的柔性超级电容器，在不需要电解液的同时，能够提高柔性超级电容器性能和稳定性。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]第一方面，本专利技术提供一种制备上述柔性超级电容器的方法，其特征在于：包括以下步骤：
[0007]a)氧化石墨烯负载的Nafion掺杂导电聚合物材料的制备：
[0008]在苯胺或苯胺衍生物、吡咯或吡咯衍生物、噻吩或噻吩衍生物(导电聚合物单体)中的一种或两种以上的水溶液中加入氧化石墨烯分散液和Nafion分散液，混合均匀后加入氧化剂，化学聚合后，进行过滤、洗涤、干燥得到的材料作为活性材料。
[0009]b)电极片的制备：
[0010]将所述步骤a)制备的活性材料与导电炭黑、聚四氟乙烯粘合剂混合均匀形成浆料，压成薄膜，烘干后切成所需面积的电极片。
[0011]c)柔性超级电容器的制备：
[0012]所述步骤b)制备的电极片放置于Nafion膜两侧，在100至150℃温度下，0.1至10MPa压力下，热压1至10min得到柔性超级电容器。
[0013]作为优选方案，所述步骤a)溶液中苯胺或苯胺衍生物、吡咯或吡咯衍生物、噻吩或噻吩衍生物(导电聚合物单体)中一种或两种以上的浓度总和为0.005mol/L至2mol/L，导电聚合物单体和Nafion分散液中干Nafion质量比为1:0.01至1:100，导电聚合物单体和氧化石墨烯分散液中干氧化石墨烯质量比为1:0.0001至1:100；步骤a)中氧化剂为过硫酸铵、过氧化氢或氯化铁中的一种或两种，溶液中氧化剂的浓度为0.005mol/L至2mol/L；步骤a)溶液中添加有掺杂剂，所用掺杂剂为盐酸、硫酸、高氯酸、磷酸、对甲苯磺酸或萘磺酸中的任一种；溶液中掺杂剂的浓度为0.005mol/L至2mol/L；步骤a)所述化学聚合温度为
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5℃至80℃，聚合时间为1h至72h。
[0014]作为优选方案，所述步骤a)中Nafion分散液型号为D520、D521、D1020、D1021、D2020、D2021中的一种或两种以上混合；所述Nafion分散液根据需要进行稀释或者加热浓缩，稀释介质为水、乙醇、异丙醇、正丙醇、乙二醇中的一种或两种以上；所述步骤a)中氧化石墨烯分散液的分散介质为水。
[0015]作为优选方案，所述步骤b)中导电炭黑为XC
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72碳粉、乙炔黑碳粉、BP2000碳粉中的一种或两种以上；步骤b)中活性材料、导电炭黑和聚四氟乙烯粘合剂质量比为1:1:1至20:1:1。
[0016]第二方面，本专利技术提供一种柔性超级电容器，其特征在于：由上述任一方法制备得到；包括正极、负极、和Nafion隔膜，所述正极和负极均为氧化石墨烯负载的Nafion掺杂导电聚合物。
[0017]作为优选方案，所述导电聚合物为聚苯胺或聚苯胺衍生物、聚吡咯或聚吡咯衍生物、聚噻吩或聚噻吩衍生物中的一种或两种以上混合或共聚。
[0018]作为优选方案，所述Nafion隔膜为Nafion211膜、Nafion212膜、Nafion115膜、Nafion117膜、Nafion HP膜或Nafion XL
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100膜中的一种。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点及有益效果：
[0020]鉴于现有技术的不足，本专利技术构筑了氧化石墨烯负载Nafion掺杂导电聚合物作为电极材料，Nafion的掺杂可扩展电化学界面，氧化石墨烯载体通过与导电聚合物的π
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π相互作用来提高导电聚合物的稳定性，上述材料组装基于Nafion膜的柔性超级电容器在不需要电解液的同时，能够提高柔性超级电容器性能和稳定性。
[0021]本专利技术通过改进电极的结构，制备了氧化石墨烯负载Nafion掺杂导电聚合物材料，以此作为电极材料构筑基于Nafion膜的柔性超级电容器，组装时不需添加电解液仍能达到较高性能。其中通过Nafion掺杂可以提高导电聚合物的利用率，相当于扩展了电化学比表面积，在制备柔性超级电容器时不需要添加电解液；导电聚合物和氧化石墨烯之间存在静电相互作用和π
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π相互作用，负载在氧化石墨烯上可以提高导电聚合物的电化学稳定性，进而提高柔性超级电容器稳定性和寿命。具体为：
[0022]1、本专利技术的柔性超级电容器中Nafion膜具有隔膜和电解质的作用，减少柔性超级电容器的部件，组装更方便，能够提高超级电容器的生产效率，且Nafion膜的机械性能和柔软性较好，柔性超级电容器可以弯折的次数更多；
[0023]2、本专利技术的柔性超级电容器中电极材料为Nafion掺杂的导电聚合物，Nafion的掺杂能够扩展电化学界面，提高导电聚合物利用率，进而提高柔性超级电容器的性能；
[0024]3、本专利技术的柔性超级电容器中Nafion掺杂导电聚合物材料负载在氧化石墨烯上，
能够延缓导电聚合物的降解，进而提高柔性超级电容器的稳定性和寿命。
附图说明
[0025]图1为柔性超级电容器结构示意图(其中1和3为氧化石墨烯负载Nafion掺杂导电聚合物电极，2为Nafion膜)；
[0026]图2为柔性超级电容器平展状态照片；
[0027]图3为柔性超级电容器弯折状态照片；
[0028]图4为实施例1氧化石墨烯负载Nafion掺杂聚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性超级电容器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：a)氧化石墨烯负载的Nafion掺杂导电聚合物材料的制备：在苯胺或苯胺衍生物、吡咯或吡咯衍生物、噻吩或噻吩衍生物即导电聚合物单体中的一种或两种以上的水溶液中加入氧化石墨烯分散液和Nafion分散液，混合均匀后加入氧化剂，化学聚合后，进行过滤、洗涤、干燥得到的材料作为活性材料；b)电极片的制备：将所述步骤a)制备的活性材料与导电炭黑、聚四氟乙烯粘合剂混合均匀形成浆料，压成薄膜，烘干后切成所需面积的电极片；c)柔性超级电容器的制备：所述步骤b)制备的电极片放置于Nafion膜两侧，在100至150℃温度下，0.1至10MPa压力下，热压1至10min得到柔性超级电容器。2.根据权利要求1所述的柔性超级电容器制备方法，其特征在于：所述步骤a)溶液中苯胺或苯胺衍生物、吡咯或吡咯衍生物、噻吩或噻吩衍生物即导电聚合物单体中一种或两种以上的浓度总和为0.005mol/L至2mol/L，导电聚合物单体和Nafion分散液中干Nafion质量比为1:0.01至1:100，导电聚合物单体和氧化石墨烯分散液中干氧化石墨烯质量比为1:0.0001至1:100；所述步骤a)中氧化剂为过硫酸铵、过氧化氢或氯化铁中的一种或两种，溶液中氧化剂的浓度为0.005mol/L至2mol/L；所述步骤a)溶液中添加有掺杂剂，所用掺杂剂为盐酸、硫酸、高氯酸、磷酸、对甲苯磺酸或萘磺酸中的任一种；溶液中掺杂剂的浓度为0.005mol/L至2mol/L；所述步骤a)化学聚合温度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：付旭东，刘清亭，胡圣飞，张荣，夏春光，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：