一种导电聚合物及其制备方法和应用技术

本申请提供一种导电聚合物及其制备方法，采用脉冲电压或电流的电化学聚合方法制备得到三维多级空心柱状结构的导电聚合物，空心柱状结构的孔径均值为0.05mm～10mm，空心柱状结构的高度均值为1μm～100μm。因具有定向生长的三维多级空心柱状结构，与致密的平面结构电极可以提供更大的比表面积，更快的电解液离子传输通道，其制备的超级电容器等储能器件的电极具有高比电容量、低内阻；以其制备的超级电容器、锂离子电容器、混合型电容器等储能器件具有高能量密度、高功率密度的优良特性；导电聚合物也可应用于屏蔽领域，具有质量轻、宽吸收频率、高屏蔽效能等特性。高屏蔽效能等特性。

【技术实现步骤摘要】
一种导电聚合物及其制备方法和应用


[0001]本申请属于导电聚合物领域，涉及一种导电聚合物及其制备方法和电极。

技术介绍

[0002]聚吡咯、聚3，4乙烯二氧噻吩、聚苯胺等导电聚合物，基于赝电容原理具有高的理论比电容量，成为倍受关注的超级电容器等储能器件的电极材料，但是还处于研发阶段，尚未实现商业化。一方面现有技术制备的导电聚合物的比电容量还远小于理论值，甚至低于商业化的活性炭电极材料；另一方面导电聚合物基于赝电容原理，充放电过程伴随着掺杂与脱掺杂，循环特性远差于活性炭、充放电速率也偏小。
[0003]200710017298专利利用电化学方法制备聚吡咯膜，但其在该溶液体系、温度、恒电流模式下制备的聚吡咯膜致密，比表面积小，电解液难以穿过聚吡咯膜的内部，也就是随着聚吡咯膜厚度的增加，所制备的超级电容器比电容量将指数下降。特别是以对甲苯磺酸为支持电解质制备的导电聚合物膜，比电容量较小。
[0004]聚吡咯、聚3，4乙烯二氧噻吩、聚苯胺等导电聚合物也具有良好的屏蔽特性、可应用屏蔽涂层，但目前导电聚合物尚不理想。

技术实现思路

[0005]本申请的一个目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种导电聚合物，所述导电聚合物是采用脉冲电压或电流的电化学聚合方法制备得到；
[0006]所述导电聚合物具有定向生长的三维多级空心柱状结构；
[0007]所述导电聚合物选自聚吡咯、聚3，4乙烯二氧噻吩、聚苯胺、聚呋喃中的至少一种；可选地为聚吡咯。
[0008]所述三维多级空心柱状结构的孔径为0.02～10mm；
[0009]可选地，所述三维多级空心柱状结构的孔径为0.2～5mm；
[0010]可选地，所述三维多级空心柱状结构的孔径为0.5～3mm；
[0011]可选地，所述三维多级空心柱状结构的孔径为0.5mm、1mm、2mm、3mm中的任意值或任意两者之间的范围值。
[0012]所述三维多级空心柱状结构的高度为1～100μm；
[0013]可选地，所述三维多级空心柱状结构的高度为5～50μm；
[0014]可选地，所述三维多级空心柱状结构的高度为10～20μm；
[0015]可选地，所述三维多级空心柱状结构的高度为10μm、15μm、20μm中的任意值或任意两者之间的范围值。
[0016]导电聚合物具有定向生长的三维多级空心柱状结构，比表面积和比电容量较大，应用于超级电容器等器件的电极，可提高超级电容器等器件的能量密度。
[0017]导电聚合物具有定向生长的三维多级空心柱状结构，应用于屏蔽涂层，有利于提高屏蔽效能和屏蔽，减少电磁波辐射。
[0018]根据本申请的另一个方面，提供一种上述的导电聚合物的制备方法，包括以下步骤：
[0019]以导电基体为正极，以导电电极为负极，以至少包含导电聚合物单体、支持电解质和溶剂的混合溶液为聚合溶液，在正极与负极之间施加脉冲电压或电流，在导电基体的表面得到所述导电聚合物；
[0020]所述导电聚合物具有定向生长的三维多级空心柱状结构。
[0021]所述导电基体选自不锈钢、碳布、石墨纸、石墨烯、镍、铂中的至少一种；
[0022]所述导电基体的形状选自片状、箔状、网状或纸状；
[0023]所述导电电极选自选自不锈钢、碳布、石墨纸、石墨烯、镍、铂中的至少一种；
[0024]所述聚合溶液中，
[0025]导电聚合物单体选自吡咯及其衍生物、噻吩及其衍生物、苯胺及其衍生物、呋喃及其衍生物中的至少一种；可选地选自吡咯、3，4乙烯二氧噻吩、苯胺、呋喃中的至少一种；可选地为吡咯。
[0026]实验证明聚合溶液是影响导电聚合物在导电电极表面生长速率及质量的重要因素。聚合溶液中导电聚合物单体浓度过低则导电聚合物的生长速率过慢，影响制备效率，导电聚合物单体浓度过高制备的导电聚合物疏松与导电电极的结合力差，以其作为超级电容器的电极，充放电循环寿命降低。
[0027]所述导电聚合物单体的浓度为0.05～0.7mol/L；
[0028]可选地，所述导电聚合物单体的浓度为0.1～0.5mol/L；
[0029]可选地，所述导电聚合物单体的浓度为0.3～0.4mol/L；
[0030]可选地，所述导电聚合物单体的浓度为0.3mol/L、0.35mol/L、0.4mol/L中的任意值或任意两者之间的范围值。
[0031]所述聚合溶液中，
[0032]所述支持电解质选自氯化钠、对甲苯磺酸、对甲苯磺酸钠、硫酸钠、氯化钾、硫酸钾、氯化铵、硫酸铵中的至少一种；
[0033]可选地为氯化钠、氯化钾中的至少一种；
[0034]所述支持电解质的浓度为0.3～1.5mol/L；
[0035]可选地，所述支持电解质的浓度为0.5～1.2mol/L；
[0036]可选地，所述支持电解质的浓度为0.7～1mol/L；
[0037]可选地，所述支持电解质的浓度为0.7mol/L、0.8mol/L、0.9mol/L、1mol/L中的任意值或任意两者之间的范围值。
[0038]所述聚合溶液中，
[0039]所述溶剂选自水、甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇、丙三醇、正丁醇中的至少一种；
[0040]为了环保，本申请聚合溶液中的主要溶剂选择水，实验证明在水溶剂中添加少量有机溶剂，有利于制备本申请高比表面积及比电容量的导电聚合物；所述溶剂中至少还包含乙醇；可选地，所述有机溶剂与水的质量比为1:1000～1:10；可选地，所述有机溶剂与水的质量比为1:200～1:20。可选地有机溶剂为乙醇；可选地所述聚合溶液中还含有少量表面活性剂。
[0041]所述聚合溶液中，
[0042]所述还含有甲基橙；甲基橙有助于无模板制备空心柱状结构的导电聚合物，所述甲基橙的摩尔浓度为0.05～0.7mol/L。
[0043]聚合溶液的pH值不仅影响导电聚合物的形态，也影响聚合溶液的稳定性。制备导电聚合物过程中，聚合溶液的pH值比较稳定，随着负极氢气的析出，pH值也会慢慢增大，可通过盐酸、对甲苯磺酸进行调整。
[0044]所述聚合溶液的pH值为5～9；
[0045]可选地，所述聚合溶液的pH值为6～8。
[0046]可选地，所述聚合溶液的pH值为6、7、8中的任意值或任意两者之间的范围值。
[0047]在所述正极与所述负极之间施加的脉冲电流；
[0048]单脉冲通电时间为5～120s；
[0049]可选地，单脉冲通电时间为10～60s；
[0050]可选地，单脉冲通电时间为10s、20s、30s、40s、50s、60s中的任意值或任意两者之间的范围值。
[0051]单脉冲断电时间为1～30s；
[0052]可选地，单脉冲断电时间为5～20s；
[0053]可选地，单脉冲断电时间为5s、10s、15s、20s中的任意值或任意两者之本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种导电聚合物，其特征在于，所述导电聚合物是采用脉冲电压或电流的电化学聚合方法制备得到；所述导电聚合物具有定向生长的三维多级空心柱状结构；所述导电聚合物选自聚吡咯及其衍生物、聚噻吩及其衍生物、聚苯胺及其衍生物、聚呋喃及其衍生物中的至少一种。2.根据权利要求1所述的导电聚合物，其特征在于，所述导电聚合物选自聚吡咯、聚3，4乙烯二氧噻吩、聚苯胺、聚呋喃中的至少一种所述三维多级空心柱状结构的孔径为0.02～10mm；优选地，所述三维多级空心柱状结构的孔径为0.2～5mm；优选地，所述三维多级空心柱状结构的孔径为0.5～3mm；所述三维多级空心柱状结构的高度为1～100μm；优选地，所述三维多级空心柱状结构的高度为5～50μm；优选地，所述三维多级空心柱状结构的高度为10～20μm。3.一种权利要求1～2任一项所述的导电聚合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：以导电基体为正极，以导电电极为负极，以至少包含导电聚合物单体、支持电解质和溶剂的混合溶液为聚合溶液，在正极与负极之间施加脉冲电压或电流，在导电基体的表面得到所述导电聚合物；所述导电聚合物具有定向生长的三维多级空心柱状结构。4.根据权利要求3所述的导电聚合物的制备方法，其特征在于，所述导电基体选自不锈钢、碳布、石墨纸、石墨烯、镍、铂中的至少一种；所述导电基体的形状选自片状、箔状、网状或纸状；所述导电电极选自选自不锈钢、碳布、石墨纸、石墨烯、镍、铂中的至少一种；所述聚合溶液中，导电聚合物单体选自吡咯及其衍生物、噻吩及其衍生物、苯胺及其衍生物、呋喃及其衍生物中的至少一种；优选地选自吡咯、3，4乙烯二氧噻吩、苯胺、呋喃中的至少一种；所述导电聚合物单体的浓度为0.05～0.7mol/L；优选地，所述导电聚合物单体的浓度为0.1～0.5mol/L；优...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈素晶，张易宁，
申请(专利权)人：闽都创新实验室，
类型：发明
国别省市：