本发明专利技术属于超级电容器储能器件领域，特别涉及用于超级电容器的三维纳米结构的电极材料及其应用。将三维的PEDOT的纳米结构材料或三维的PEDOT的纳米结构材料与二氧化锰颗粒的复合物、乙炔黑和PTFE或PVDF混合均匀，制备得到所述电极材料；其中：三维的PEDOT的纳米结构材料或三维的PEDOT的纳米结构材料与二氧化锰颗粒的复合物的质量百分含量为75%～100%，乙炔黑的质量百分含量为0%～15%，PTFE或PVDF的质量百分含量为0%～10%。将本发明专利技术的电极材料压制或涂覆在型号为316L的不锈钢集流体上，制成电极，真空干燥，然后经过压片机压制，压力为1～10MPa，得到用于制备超级电容器的电极片。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于超级电容器储能器件领域，特别涉及用于超级电容器的三维(3D)纳米结构的导电聚合物或其与过渡金属氧化物的复合物的电极材料及其应用。
技术介绍
超级电容器是近年来发展较为迅速的一种介于电池和传统电容器之间的新型电化学储能器件。与传统电容器相比，它具有较高的能量密度、较大的功率密度、较长的循环寿命及快速电荷分离等特性，很好地填补了传统电容器和化学电源之间的空白，并以其优越的性能及广阔的应用前景而受到国内外的广泛关注。目前已经应用于各类机动车辆的启动电源、固定线路电动车的牵引电源、安全气囊、UPS系统、电磁开关、光伏电池蓄电、电网稳定、无线电发射等功率器件中。在军事领域，也有将超级电容器应用于坦克、火箭牵引等启 动能源之中。电化学超级电容器储能主要分为两类法拉第赝电容器和双电层电容器。通常，在相同体积或重量的情况下，赝电容器的电容量约为双电层电容器的电容量的10 100倍。赝电容器的电极材料主要包括过渡金属氧化物和导电聚合物。例如氧化钌水合物的比容量可高达约1000F/g，但贵金属其高昂的价格以及较大的毒性，阻碍了其在商业中的广泛应用。相比而言，导电聚合物则兼具价格低廉、高导电性、易于合成加工等优点而备受关注。特别是聚(3，4- 二氧乙基)噻吩(PED0T)，与聚苯胺或者聚吡咯相比，具有更好的稳定性，主要表现为电导率稳定性和环境稳定性，同时表现出快速可逆的掺杂/脱掺杂速率等特性，在超级电容器领域具备更大的优势。CN 101635201A公开了一种聚吡咯纳米线阵列电极，并将其应用在超级电容器领域，表现出了较好的电容特性。但此阵列电极所采用的制备方法是电化学聚合，因此其稳定性和重复性不易控制，同时不能大规模合成，很大程度上限制了其实际应用。CN 101599369A公开了一种掺杂金属离子聚苯胺用于超级电容器电极材料,经过三电极体系测试，其在水体系电解液中比容量为350F/g，在有机电解液中质量比容量为100F/g。专利中报道的比容量是在三电极体系下测试的，并未进行电容器的组装，与两电极测试系统相比，比容量值远远偏高，与实际应用相差较远。目前，通过研究改善超级电容器的电容特性，比较直接有效的方法就是通过提高超级电容器活性材料的电导率及比表面积。近年来，3D结构纳米材料，由于其具有特殊的结构和功能，能够有效促进电解液中离子的传递、电极材料中电荷的转移，同时缩短离子、电子的扩散距离而很好地满足超级电容器的电极材料的要求。本案专利技术人在CN201010243098. 5中公开了新型3D “菊花状”的聚(3，4-二氧乙基)噻吩(PEDOT)的纳米结构材料的制备方法，该方法简便易行，可批量生产3D “菊花状”的PEDOT的纳米结构材料，能够很好的满足商业应用要求。此外，这种材料由于具有较高的电导率及较大的比表面积，将其作为超级电容器的电极材料可进一步研究其电容特性。通常，导电聚合物超级电容器的电极材料，由于在充放电过程中受力不均，在可逆掺杂/脱掺杂过程中导电聚合物骨架存在一定的膨胀和收缩，影响超级电容器的循环使用寿命。因此，通过复合过渡金属氧化物提高其比电容并同时改善其循环使用的稳定性是本专利技术的目的所在。目前对于3D纳米结构的聚噻吩类导电聚合物及其与过渡金属氧化物的复合物分别作为超级电容器的电极材料尚没有文献和专利报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供用于超级电容器的三维(3D)纳米结构的导电聚合物或其与过渡金属氧化物的复合物的电极材料。本专利技术的再一目的是提供用于超级电容器的三维(3D)纳米结构的导电聚合物或其与过渡金属氧化物的复合物的电极材料的应用。本专利技术的用于超级电容器的三维(3D)纳米结构的电极材料的组分及含量为 作为活性材料的三维(3D)的聚(3，4- 二氧乙基)噻吩(PEDOT)的纳米结构材料或三维(3D)的聚(3，4_ 二氧乙基)噻吩(PEDOT)的纳米结构材料与二氧化锰颗粒的复合物的质量百分含量为75% 100%，作为导电剂的乙炔黑的质量百分含量为0% 15%，作为粘结剂的聚四氟乙烯(PTFE)或聚偏氟乙烯(PVDF)的质量百分含量为0% 10%。所述的三维的聚(3，4- 二氧乙基)噻吩的纳米结构材料与二氧化锰颗粒的复合物的粒径在500nm 900nm之间。所述的三维的聚(3，4- 二氧乙基)噻吩的纳米结构材料与二氧化锰颗粒的复合物中的二氧化锰颗粒的粒径在2 IOnm之间。本专利技术的用于超级电容器的三维(3D)纳米结构的电极材料的制备方法，将作为活性材料的三维(3D)的聚(3，4_ 二氧乙基)噻吩(PEDOT)的纳米结构材料或三维(3D)的聚(3,4- 二氧乙基)噻吩(PEDOT)的纳米结构材料与二氧化锰颗粒的复合物、作为导电剂的乙炔黑和作为粘结剂的PTFE或PVDF混合均匀，制备得到用于超级电容器的三维纳米结构的电极材料；其中三维的聚(3，4-二氧乙基)噻吩的纳米结构材料或三维的聚(3，4-二氧乙基)噻吩的纳米结构材料与二氧化锰颗粒的复合物的质量百分含量为75% 100%，乙炔黑的质量百分含量为0% 15%，PTFE或PVDF的质量百分含量为0% 10%。所述的三维(3D)的聚(3，4- 二氧乙基)噻吩(PEDOT)的纳米结构材料与二氧化锰颗粒的复合物的制备方法包括以下步骤I)将三维(3D)的聚(3，4- 二氧乙基)噻吩(PEDOT)的纳米结构材料置于无水乙醇中，超声分散，得到浓度为O. 005 lg/L的含有三维的聚(3，4_ 二氧乙基)噻吩的无水乙醇分散液；2)将高锰酸钾置于去离子水中，搅拌，得到浓度为5 100mmol/L的高锰酸钾水溶液；3)在搅拌条件下，将步骤2)得到的高锰酸钾水溶液加入到步骤I)得到的含有三维的聚(3，4_ 二氧乙基)噻吩的无水乙醇分散液中，在搅拌条件下进行反应(一般反应的时间为10分钟左右)，得到含有三维的聚(3，4-二氧乙基)噻吩与二氧化锰颗粒的复合物的棕黑色混合液；其中高锰酸钾水溶液与含有三维的聚(3，4-二氧乙基)噻吩的无水乙醇分散液的体积比为1:1;4)将步骤3)得到的含有三维的聚(3，4_ 二氧乙基)噻吩与二氧化锰颗粒的复合物的棕黑色混合液离心分离，得到棕黑色固体沉淀物；洗涤此棕黑色固体沉淀物并干燥，得到三维的聚(3，4- 二氧乙基)噻吩的纳米结构材料与二氧化锰颗粒的复合物。所述的三维的聚(3，4- 二氧乙基)噻吩的纳米结构材料与二氧化锰颗粒的复合物的粒径在500nm 900nm之间。所述的三维的聚(3，4- 二氧乙基)噻吩的纳米结构材料与二氧化锰颗粒的复合物中的二氧化锰颗粒的粒径在2 IOnm之间。所述的三维(3D)的聚(3，4-二氧乙基)噻吩(PEDOT)的纳米结构材料为CN201010243098. 5中公开的纳米材料。所述的洗涤优选是先用去离子水洗涤棕黑色固体沉淀物并离心分离，然后再用体积比为1:1的水和乙醇的混合溶剂进行洗涤棕黑色固体沉淀物，直到上清液为无色；最后再用去离子水洗涤。 所述的干燥优选是在80°C左右下进行真空干燥。本专利技术的用于超级电容器的三维(3D)纳米结构的电极材料在超级电容器中的应用将用于超级电容器的三维纳米结构的电极材料压制(一般压力为I IOMPa)在型号为316L的不锈钢集流体上(优选用于超级电容器的三维纳米结构的电本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于超级电容器的三维纳米结构的电极材料，其特征是，所述的电极材料的组分及含量为：三维的聚（3，4？二氧乙基）噻吩的纳米结构材料或三维的聚（3，4？二氧乙基）噻吩的纳米结构材料与二氧化锰颗粒的复合物的质量百分含量为75%～100%，乙炔黑的质量百分含量为0%～15%，聚四氟乙烯或偏氟乙烯的质量百分含量为0%～10%。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：胡秀杰，白晓霞，严峻，孙承华，周树云，肖时卓，陈萍，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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