[发明专利]基于单壁碳纳米管氧化铋聚吡咯复合材料的超级电容器

说明书

本发明公开基于单壁碳纳米管氧化铋聚吡咯复合材料的超级电容器，所述超级电容器包括工作电极、参比电极和对电极，及电解质，其中，所述工作电极的材料为单壁碳纳米管‑氧化铋‑聚吡咯复合材料。本发明利用SWCNT/Bi₂O₃/PPy复合材料极佳的氧化还原特性和亲水性，将其可以作为超级电容器的电极材料，制成一种新型超级电容器，从而大大提高超级电容器的电化学性能。

技术领域

本发明涉及超级电容器技术领域，尤其涉及一种超级电容器。

背景技术

超级电容器(Supercapacitors)作为一种新型的广泛专注的储能装置备受关注，其具有大比容量、快速的充放电能力、优异的循环寿命、环保等特点。依据电荷存储机理及电极活性材料的不同，超级电容器可以分为双电层电容器、法拉第赝电容器和混合型超级电容器。电极材料是决定超级电容器性能的核心因素，超级电容器常用的电极材料可以大致分为三类：碳基材料、金属氧化物及氢氧化物材料和导电聚合物材料等。进一步深入开发出基于快速反应、电子传导性能优异、循环寿命高、高能量密度的电极新材料对高性能超级电容器的发展意义重大。

聚吡咯(polypyrrole，PPy)是一类重要的导电聚合物材料，具有合成方便、比电容大、环境友好等特点，但其作为电极材料使用过程中稳定性较差。为了改善其稳定性，通常将其他电极材料与其复合。另外，氧化铋是一种电学性能优良的过渡金属氧化物，其电化学稳定性较好，比电容大、但电导率相对较低；单壁碳纳米管(Single-walled carbonnanotubes，SWCNT)拥有很大的自由电子移动速率和高载流子迁移率，常作为电极材料使用，其电化学稳定性较好，但电容量较低。因此，SWCNT/Bi₂O₃/PPy复合材料结合PPy良好的电容性能和SWCNT与Bi₂O₃良好的电化学稳定性，它们有望可以作为新型电极材料应用到超级电容器中。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种超级电容器，旨在解决现有超级电容器电化学性能仍较低的问题。

本发明的技术方案如下：

一种超级电容器，包括工作电极、参比电极和对电极，及电解质，其中，所述工作电极的材料为单壁碳纳米管-氧化铋-聚吡咯复合材料(SWCNT/Bi₂O₃/PPy复合材料)。

所述的超级电容器，其中，所述单壁碳纳米管-氧化铋-聚吡咯复合材料的制备方法包括步骤：

单壁碳纳米管-氧化铋复合材料的制备：首先将五水硝酸铋加入硝酸中使五水硝酸铋完全溶解，再加入单壁碳纳米管，超声分散形成分散均匀的悬浊液；在室温磁力搅拌下，用氨水调节悬浊液的pH＝9，再室温搅拌半小时；然后将搅拌后的反应液倒入水热反应釜中，180度反应4小时；冷至室温，抽滤，滤饼用用去离子水洗涤3次，之后再用乙醇洗涤1次，120度烘烤2小时，得到单壁碳纳米管-氧化铋复合材料；

单壁碳纳米管-氧化铋-聚吡咯复合材料的制备：取FeCl₃·6H₂O到三口烧瓶中，加入HCl水溶液，超声分散1分钟，然后再加入单壁碳纳米管-氧化铋复合材料到上述溶液中，继续超声分散溶解，得到分散均匀的悬浊液；在冰水浴和Ar保护下磁力搅拌30分钟，然后滴加配置好的吡咯单体和HCl的混合溶液，在5℃以下反应2小时，自然升温后，在室温下反应5小时；最后抽滤，用盐酸洗涤三次至滤液无色，再用乙醇洗涤2次至滤液呈中性，在80℃真空干燥12h，得到单壁碳纳米管-氧化铋-聚吡咯复合材料。

所述的超级电容器，其中，所述工作电极的制备方法包括步骤：称取单壁碳纳米管-氧化铋-聚吡咯复合材料，添加导电剂和粘接剂，调成糊状，压合在载体上，烘烤制得所述工作电极。

所述的超级电容器，其中，所述粘接剂为60wt％聚四氟乙烯水溶液。