[发明专利]活性碳/聚苯胺-对苯二胺共聚物复合纳米纤维的制备方法及用途

说明书

本发明提供了一种活性碳/聚苯胺‑对苯二胺共聚物复合纳米纤维的制备方法，其包括如下步骤：PAN/SiO₂复合纳米纤维的制备、多孔活性碳纳米纤维的制备和活性碳/聚苯胺‑对苯二胺共聚物复合纳米纤维的制备。本发明具有如下的有益效果：本发明制备的活性碳/聚苯胺‑对苯二胺共聚物复合纳米纤维，为纳米纤维结构，比表面积大大提高，提高电解液与电极材料之间的浸润性；本发明制备的活性碳/聚苯胺‑对苯二胺复合纳米纤维工艺稳定、易于操作、质量可靠、成本低廉，质量轻，可再生，无污染等特点，作为超级电容器电极材料符合商业化的基本要求。

技术领域

本发明涉及一种活性碳/聚苯胺-对苯二胺共聚物复合纳米纤维的制备方法及用途，属于复合纳米材料和电化学材料领域。

背景技术

超级电容器又名电化学电容器，是一种基于界面离子的吸附与脱附或快速地氧化还原反应来储存电荷的绿色储能器件。与传统电容器相比，超级电容器具有功率密度高(可达10²～10⁴W/kg)、循环寿命长(50～100万次)、工作温限宽(-40～80℃)、能量密度大(远大于静电电容器)、充放电速率快且效率高、免维护、绿色环保等优点，已广泛应用于国防装备、通信原件、新能源汽车等领域。

超级电容器主要由电极材料、电解液、隔膜集流体和外壳等部分组成。其中最重要的部分为电极材料，其担当超级电容器的储能角色。目前主要有三类材料作为超级电容器的电极。第一类为碳材料及其衍生物，包括颗粒碳、石墨烯、碳纳米管等；第二类为金属化合物及其衍生物，包括金属氧化物、氢氧化物、硫化物及其磷酸盐等；第三类为导电聚合物及其衍生物，包括聚苯胺、聚吡咯、酚醛树脂等。相比于碳基材料，导电聚合物具有更高的比电容，而且相比于金属氧化物电极材料，导电聚合物具有更快的放电速率、更低的成本。且导电聚合物最环保又可持续发展的储能器件。然而导电聚合物电极材料在多次充放电以后存在循环寿命不高、离子传输较慢等缺点，限制了其广泛应用。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种活性碳/聚苯胺-对苯二胺共聚物复合纳米纤维的制备方法及用途。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种活性碳/聚苯胺-对苯二胺共聚物复合纳米纤维的制备方法，其包括如下步骤：

将聚丙烯腈溶解于N,N-二甲基甲酰胺/1,4-二氧六环/丙酮的三元混合溶剂中，得到溶液A，将正硅酸乙酯溶解于所述溶液A中，得到前驱体淬火溶液；

将所述前驱体淬火溶液在-40～-10℃下淬火后，除去三元混合溶剂，得到聚丙烯腈/SiO₂复合纳米纤维；

将所述聚丙烯腈/SiO₂复合纳米纤维依次进行预氧化、低温碳化、高温碳化和浸泡氢氟酸，得到多孔活性碳纳米纤维；

将苯胺、对苯二胺、盐酸、十二烷基磺酸钠和所述多孔活性碳纳米纤维混匀后，得到溶液B，将过硫酸铵溶液滴加到所述溶液B中，在0～5℃下反应后，得到所述活性碳/聚苯胺-对苯二胺共聚物复合纳米纤维。

作为优选方案，所述三元混合溶剂中，N,N-二甲基甲酰胺、1,4-二氧六环和丙酮的质量比为6：(1～2)：(1～2)；所述前驱体淬火溶液中，聚丙烯腈的质量分数4～6％，正硅酸四乙酯的质量分数1～2％。

作为优选方案，所述预氧化具体操作为：

在50μL/min流量的纯净空气气氛中，以3℃/min的速率由室温升温至230～280℃，保温2h。

作为优选方案，所述低温碳化的具体操作为：

在50μL/min流量的氮气气氛中，以3℃/min的速率由230～280℃升温至650～700℃，保温1h。

作为优选方案，所述高温碳化的具体操作为：