專利名稱：一種超級電容器用柔性電極材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種超級電容器用柔性電極材料的制備方法，屬于電極材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在織物中植入電子元件即可得到可穿戴電子產(chǎn)品，使服裝在保持舒適性的基礎(chǔ)上具有更多的電子信息功能?？纱┐麟娮赢a(chǎn)品在連續(xù)性的個人健康監(jiān)測裝置、高性能運(yùn)動服、柔性顯示器等方面有很好的應(yīng)用前景。然而，電子產(chǎn)品皆需電源提供，因此具有紡織品所持有的輕質(zhì)、柔性、透氣和可拉伸等性能的能量轉(zhuǎn)化或儲存裝備成為必要。作為ー種新興的能量儲存裝置，超級電容器具有高功率密度、短充電時間、高循環(huán)性能和節(jié)約能源等特點(diǎn)，在輕薄、柔性的可穿戴電源領(lǐng)域得到廣泛的關(guān)注。有機(jī)導(dǎo)電高分子 如聚吡咯(PPy)、聚苯胺(PAN)和聚噻吩(PTH)等是ー類具有長鏈共軛結(jié)構(gòu)的高分子聚合物，具有原料易得、合成簡便、柔韌性好、氧化還原反應(yīng)可逆以及理論容量高等優(yōu)點(diǎn)，是作為柔性超級電容器電極的理想材料。但是該類導(dǎo)電聚合物膜拉伸斷裂伸長小，限制了該類材料在可穿戴電源領(lǐng)域的使用。解決此問題的途徑之ー是將其與拉伸性能良好的織物相結(jié)合，得到拉伸與導(dǎo)電性能兼具的導(dǎo)電聚合物復(fù)合織物，進(jìn)而可作為具有可穿戴特征的超級電容器的電極材料。現(xiàn)有技術(shù)中，導(dǎo)電聚合物復(fù)合織物均通過化學(xué)聚合得到，如公開號為CN101168923A和CN 102337679A所公布的通過原位聚合法獲得聚苯胺復(fù)合導(dǎo)電纖維/織物的中國專利，但是化學(xué)聚合方法不易控制導(dǎo)電聚合物膜的厚度和形態(tài)。除了有機(jī)導(dǎo)電高分子材料外，也存在用無機(jī)導(dǎo)電材料作為超級電容器用電極材料的案例，如美國專利US 7974075公開的ー項(xiàng)技術(shù)，將聚丙烯腈織物碳化后得到的碳纖維織物作為超級電容器的電極材料。雖然該類電極材料具有一定的柔性，但是缺乏可拉伸性，并且制作エ藝復(fù)雜，限制了其實(shí)際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供ー種既具有織物的透氣、柔性、可拉伸特征，又具備聚吡咯的導(dǎo)電性，同時在拉伸狀態(tài)下依然保持良好的電化學(xué)性能的超級電容器用柔性電極材料的制備方法。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供ー種超級電容器用柔性電極材料的制備方法，其特征在于該方法分為以下2個步驟步驟I :金涂層織物的制備將織物用氫氧化鈉溶液及洗滌劑洗滌，去除浮塵及雜質(zhì)；將處理好的織物預(yù)拉伸并固定，經(jīng)空氣等離子體處理后，通過磁控濺射對織物表面鍍金，結(jié)束后放松織物，得到導(dǎo)電的金涂層織物；步驟2 :聚吡咯復(fù)合織物的制備向こ腈溶液或水溶液中加入摻雜劑對甲苯磺酸得到0. lmol/L的A溶液，向A溶液中加入吡咯單體，使其濃度為0. lmol/L,得到B溶液；在配備三電極的電解池加入B溶液，三電極中參比電極為Ag/Ag+電極，對電極為不銹鋼絲網(wǎng)，金涂層織物再次拉伸固定作為工作電極，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行恒電流電化學(xué)聚合，聚合完成后在織物上得到一層均勻的聚吡咯膜，取下聚吡咯復(fù)合織物，去除應(yīng)カ并洗滌，在室溫下晾干即獲得聚吡咯復(fù)合織物。優(yōu)選地，所述步驟I中的織物為針織物或機(jī)織物。 優(yōu)選地，所述步驟I中的織物的預(yù)拉伸度為0 50 %。優(yōu)選地，所述步驟I中的金涂層織物的金層的厚度為200 300nm。優(yōu)選地，所述步驟2中的金涂層織物再次拉伸度為0 50 %。優(yōu)選地,所述步驟2中恒電流電化學(xué)聚合采用的電流密度為0. 25 4mA/cm2,聚合時間為200 3200s。
本發(fā)明提供的ー種超級電容器用柔性電極材料的制備方法通過磁控濺射得到導(dǎo)電的金涂層織物，用作工作電極；再在含有對甲苯磺酸和吡咯單體的こ腈溶液或水溶液中，通過電化學(xué)聚合方法得到聚吡咯復(fù)合織物。所制備的聚吡咯復(fù)合織物的比容量達(dá)255F/g，且在拉伸時還能保持良好的電化學(xué)性能。本發(fā)明提供的ー種超級電容器用柔性電極材料的制備方法克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，所制備的聚吡咯復(fù)合織物的既具有織物的透氣、柔性、可拉伸特征，又具備聚吡咯的導(dǎo)電性，同時在拉伸狀態(tài)下依然保持良好的電化學(xué)性能。


圖I為本發(fā)明提供的ー種超級電容器用柔性電極材料的制備方法的流程圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例2中聚吡咯復(fù)合織物的掃描電鏡圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例5中聚吡咯復(fù)合織物未拉伸和拉伸30%時的循環(huán)伏安圖。圖4為本發(fā)明實(shí)施例5中聚吡咯復(fù)合織物未拉伸和拉伸30%時、在不同掃速下的比容量圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明更明顯易懂，茲以五個優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說明如下。實(shí)施例I圖I為本發(fā)明提供的ー種超級電容器用柔性電極材料的制備方法的流程圖，所述的ー種超級電容器用柔性電極材料的制備方法分為以下2個步驟步驟I :金涂層織物的制備將織物用氫氧化鈉溶液及洗滌劑徹底洗滌后，鋪展伸直并固定；空氣等離子體處理30s后，通過磁控濺射對織物表面鍍金，鍍金厚度約為300nm ；結(jié)束后放松織物，得到金涂層織物；步驟2 :聚吡咯復(fù)合織物的制備向こ腈溶液中加入摻雜劑對甲苯磺酸得到0. lmol/L的A溶液，向A溶液中加入吡咯單體，使其濃度為0. lmol/L,得到B溶液；在配備三電極的電解池加入B溶液，三電極中參比電極為Ag/Ag+電極，對電極為不銹鋼絲網(wǎng)，金涂層織物伸直固定作為工作電極，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行恒電流電化學(xué)聚合，聚合所用電流密度為0. 25mA/cm2，聚合時間為3200s ;聚合完成后取下聚吡咯復(fù)合織物，用純こ腈溶液及大量去離子水洗滌，在室溫下晾干即可獲得聚吡咯復(fù)合織物。
實(shí)施例2圖I為本發(fā)明提供的ー種超級電容器用柔性電極材料的制備方法的流程圖，所述的ー種超級電容器用柔性電極材料的制備方法分為以下2個步驟步驟I :金涂層織物的制備將織物用氫氧化鈉溶液及洗滌劑徹底洗滌后，拉伸50%并固定；空氣等離子體處理30s后，通過磁控濺射對織物表面鍍金，鍍金厚度約為200nm ;結(jié)束后放松織物，得到金涂層織物；步驟2 :聚吡咯復(fù)合織物的制備向こ腈溶液中加入摻雜劑對甲苯磺酸得到0. lmol/L的A溶液，向A溶液中加入吡咯單體，使其濃度為0. lmol/L,得到B溶液；在配備三電極的電解池加入B溶液，三電極中參比電極為Ag/Ag+電極，對電極為不銹鋼絲網(wǎng)，金涂層織物再次拉伸50%并固定作為工作電極，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行恒電流電化學(xué)聚合，聚合所
用電流密度為0. 5mA/cm2，聚合時間為1600s ;聚合完成后取下聚吡咯復(fù)合織物，去除應(yīng)力，用純こ腈溶液及大量去離子水洗滌，在室溫下晾干即可獲得聚吡咯復(fù)合織物。圖2所示為該聚吡咯復(fù)合織物的掃描電鏡圖。實(shí)施例3圖I為本發(fā)明提供的ー種超級電容器用柔性電極材料的制備方法的流程圖，所述的ー種超級電容器用柔性電極材料的制備方法分為以下2個步驟步驟I :金涂層織物的制備將織物用氫氧化鈉溶液及洗滌劑徹底洗滌后，拉伸50%并固定；空氣等離子體處理30s后，通過磁控濺射對織物表面鍍金，鍍金厚度約為200nm ;結(jié)束后放松織物，得到金涂層織物；步驟2 :聚吡咯復(fù)合織物的制備向こ腈溶液中加入摻雜劑對甲苯磺酸得到0. lmol/L的A溶液，向A溶液中加入吡咯單體，使其濃度為0. lmol/L,得到B溶液；在配備三電極的電解池加入B溶液，三電極中參比電極為Ag/Ag+電極，對電極為不銹鋼絲網(wǎng)，金涂層織物再次拉伸50%并固定作為工作電極，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行恒電流電化學(xué)聚合，聚合所用電流密度為ImA/cm2，聚合時間為800s ;聚合完成后取下聚吡咯復(fù)合織物，去除應(yīng)力，用純こ腈溶液及大量去離子水洗滌，在室溫下晾干即可獲得聚吡咯復(fù)合織物。實(shí)施例4圖I為本發(fā)明提供的ー種超級電容器用柔性電極材料的制備方法的流程圖，所述的ー種超級電容器用柔性電極材料的制備方法分為以下2個步驟步驟I :金涂層織物的制備將織物用氫氧化鈉溶液及洗滌劑徹底洗滌后，拉伸50%并固定；空氣等離子體處理30s后，通過磁控濺射對織物表面鍍金，鍍金厚度約為300nm ;結(jié)束后放松織物，得到金涂層織物；步驟2 :聚吡咯復(fù)合織物的制備向こ腈溶液中加入摻雜劑對甲苯磺酸得到0. lmol/L的A溶液，向A溶液中加入吡咯單體，使其濃度為0. lmol/L,得到B溶液；在配備三電極的電解池加入B溶液，三電極中參比電極為Ag/Ag+電極，對電極為不銹鋼絲網(wǎng)，金涂層織物伸直并固定作為工作電極，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行恒電流電化學(xué)聚合，聚合所用電流密度為ImA/cm2，聚合時間為800s ;聚合完成后取下聚吡咯復(fù)合織物，去除應(yīng)力，用純こ腈溶液及大量去離子水洗滌，在室溫下晾干即可獲得聚吡咯復(fù)合織物。實(shí)施例5圖I為本發(fā)明提供的ー種超級電容器用柔性電極材料的制備方法的流程圖，所述的ー種超級電容器用柔性電極材料的制備方法分為以下2個步驟步驟I :金涂層織物的制備將織物用氫氧化鈉溶液及洗滌劑徹底洗滌后，拉伸50%并固定；空氣等離子體處理30s后，通過磁控濺射對織物表面鍍金，鍍金厚度約為200nm ;結(jié)束后放松織物，得到金涂層織物；步驟2 :聚吡咯復(fù)合織物的制備向こ腈溶液中加入摻雜劑對甲苯磺酸得到0. lmol/L的A溶液，向A溶液中加入吡咯單體，使其濃度為0. lmol/L,得到B溶液；在配備三電極的電解池加入B溶液，三電極中參比電極為Ag/Ag+電極，對電極為不銹鋼絲網(wǎng)，金涂層織物拉伸50%并固定作為工作電極，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行恒電流電化學(xué)聚合，聚合所用電流密度為2mA/cm2，聚合時間為400s ;聚合完成后取下聚吡咯復(fù)合織物，去除應(yīng)力，用純こ腈溶液及大量去離子水洗滌，在室溫下晾干即可獲得聚吡咯復(fù)合織物。
圖3為該聚吡咯復(fù)合織物在三電極體系下的循環(huán)伏安圖，其中電解液為lmol/L的NaCl溶液，對電極為鉬網(wǎng)電極，參比電極為Ag/AgCl電極，掃速為100mV/S。該聚吡咯復(fù)合織物在拉伸狀態(tài)下仍能保持良好的電化學(xué)性能，拉伸30%時的循環(huán)伏安圖形基本不變。圖4為該聚吡咯復(fù)合織物未拉伸和拉伸30%時的在不同掃速下的比容量圖。未拉伸時其比容量為255F/g，而在拉伸30%時比容量為256F/g，顯示了其在拉伸狀態(tài)下具有保持電化學(xué)穩(wěn)定性的能力。
權(quán)利要求
1.ー種超級電容器用柔性電極材料的制備方法，其特征在于該方法分為以下2個步驟 步驟I :金涂層織物的制備將織物用氫氧化鈉溶液及洗滌劑洗滌，去除浮塵及雜質(zhì)；將處理好的織物預(yù)拉伸并固定，經(jīng)空氣等離子體處理后，通過磁控濺射對織物表面鍍金，結(jié)束后放松織物，得到導(dǎo)電的金涂層織物； 步驟2 :聚吡咯復(fù)合織物的制備向こ腈溶液或水溶液中加入摻雜劑對甲苯磺酸得到0. Imo 1/L的A溶液，向A溶液中加入吡咯單體，使其濃度為0. lmol/L,得到B溶液；在配備三電極的電解池加入B溶液，三電極中參比電極為Ag/Ag+電極，對電極為不銹鋼絲網(wǎng)，金涂層織物再次拉伸固定作為工作電極，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行恒電流電化學(xué)聚合，聚合完成后在織物上得到一層均勻的聚吡咯膜，取下聚吡咯復(fù)合織物，去除應(yīng)カ并洗滌，在室溫下晾干即獲得聚吡咯復(fù)合織物。
2.如權(quán)利要求I所述的ー種超級電容器用柔性電極材料的制備方法，其特征在于所述步驟I中的織物為針織物或機(jī)織物。
3.如權(quán)利要求I所述的ー種超級電容器用柔性電極材料的制備方法，其特征在于所述步驟I中的織物的預(yù)拉伸度為0 50%。
4.如權(quán)利要求I所述的ー種超級電容器用柔性電極材料的制備方法，其特征在于所述步驟I中的金涂層織物的金層的厚度為200 300nm。
5.如權(quán)利要求I所述的ー種超級電容器用柔性電極材料的制備方法，其特征在于所述步驟2中的金涂層織物再次拉伸度為0 50%。
6.如權(quán)利要求I所述的ー種超級電容器用柔性電極材料的制備方法，其特征在于所述步驟2中恒電流電化學(xué)聚合采用的電流密度為0. 25 4mA/cm2，聚合時間為200 3200s。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種超級電容器用柔性電極材料的制備方法，其特征在于通過磁控濺射得到導(dǎo)電的金涂層織物，用作工作電極；再在含有對甲苯磺酸和吡咯單體的乙腈溶液或水溶液中，通過電化學(xué)聚合方法得到聚吡咯復(fù)合織物。本發(fā)明提供的一種超級電容器用柔性電極材料的制備方法克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，所制備的聚吡咯復(fù)合織物的既具有織物的透氣、柔性、可拉伸特征，又具備聚吡咯的導(dǎo)電性，同時在拉伸狀態(tài)下依然保持良好的電化學(xué)性能。
文檔編號H01G9/042GK102779648SQ20121024648
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月16日
發(fā)明者丁辛, 岳彬彬, 胡吉永 申請人:東華大學(xué)