[发明专利]一种柔性电极、其制备方法及柔性超级电容器

说明书

技术领域

本发明属于电化学技术领域，尤其涉及一种柔性电极、其制备方法及柔性超级电容器。

背景技术

超级电容器是在20世纪70～80年代发展起来的一种介于二次电池和传统电容器之间的新型储能器件，由于它能够提供高于物理电容器的能量密度以及高于电池功率密度并且兼有长的循环寿命。

在早先的研究中，超级电容器的几何形状相对简单。而在可穿戴设备日益发展的今天，为了保证可穿戴设备的能量供给，对于为其供给能量的单元提出了柔性化的要求，即超级电容器的柔性化已经变得日益重要。柔性超级电容器与传统超级电容之间最大的区别是，柔性超级电容能随着设备的形变发生相应的变化，并且其性能不受形变的影响。

现有的柔性超级电容器多采用导电高分子材料作为电极，如聚苯胺、聚吡咯和聚噻吩等，这些聚合物合成简单，制备成本低廉并且电化学性能优异。但是，聚苯胺等导电高分子材料存在较为严重的体积膨胀效应，使其在长时间循环充放电后，电化学性能下降严重，循环寿命受到很大影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柔性电极、其制备方法及柔性超级电容器。本发明中的柔性电极具有较好的循环寿命。

本发明提供一种柔性电极，包括导电基体、复合在所述导电基体上的聚苯胺，以及包覆在所述聚苯胺表面的石墨烯。

优选的，所述石墨烯的厚度为3～50nm。

本发明提供一种柔性电极的制备方法，包括以下步骤：

A)将导电基体浸入苯胺和硫酸的混合溶液中，在电镀电位下原位生长聚苯胺，得到导电基体/聚苯胺复合电极；

B)将所述导电基体/聚苯胺复合电极依次浸入盐酸聚丙烯胺溶液和氧化石墨烯溶液中，得到导电基体/聚苯胺/氧化石墨烯复合电极；

C)将所述导电基体/聚苯胺/氧化石墨烯复合电极采用还原剂进行还原，得到柔性电极。

优选的，所述硫酸和苯胺的体积比为1：(1～3)。

优选的，所述电镀电位为0.6～0.7V；

所述电镀的时间为5～30min。

优选的，所述盐酸聚丙烯胺溶液的浓度为1～5g/L。

优选的，浸入所述盐酸聚丙烯胺溶液的时间为1～5小时。

优选的，所述氧化石墨烯溶液的浓度为1～5g/L；

浸入所述氧化石墨烯溶液的时间为3～15小时。

优选的，所述还原剂为卤化氢与乙醇的混合物；

所述乙醇与卤化氢的体积比为1：(3～5)。

本发明提供一种柔性超级电容器，其特征在于，包括上述柔性电极。

本发明提供了一种柔性电极，包括导电基体、复合在所述导电基体上的聚苯胺，以及包覆在所述聚苯胺表面的石墨烯。本发明以石墨烯包覆在传统电极聚苯胺的表面，能够增强聚苯胺的导电性能，同时还能有效抑制聚苯胺的体积膨胀效应，从而提高柔性电极的循环寿命。实验数据表明，本发明中的柔性电极在循环5000次后，容量剩余为88％，比容量为643F/g。

本发明还提供了一种柔性电极的制备方法，本发明中的制备方法以盐酸聚丙烯胺在聚苯胺表面接枝石墨烯，使石墨烯包覆在聚苯胺表面，提高聚苯胺的导电性、降低聚苯胺的体积膨胀效应。并且，本发明中的制备方法简单，成本低，易于规模化生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的实施例，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。

图1为本发明柔性超级电容器的结构示意图；

图2为本发明实施例1中柔性电极的扫描电镜图；

图3为本发明实施例1中石墨包覆后的柔性电极和未包覆石墨烯的聚苯胺电极的循环曲线；

图4为本发明实施例1中石墨包覆后的柔性电极和未包覆石墨烯的聚苯胺电极的恒流充放电曲线。

具体实施方式

本发明提供了一种柔性电极，包括导电基体、复合在所述导电基体上的聚苯胺，以及包覆在所述聚苯胺表面的石墨烯。

在本发明中，所述导电基体优选为碳布、石墨烯纸和碳纳米管薄膜中的一种或几种，所述石墨烯的厚度优选为3～50nm，更优选为3～30nm，最优选为3～10nm；

本发明还提供了一种柔性电极的制备方法，包括以下步骤：

A)将导电基体浸入苯胺和硫酸的混合溶液中，在电镀电位下原位生长聚苯胺，得到导电基体/聚苯胺复合电极；