[发明专利]具有优异倍率性能复合电极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于储能材料技术领域，更加具体地说，涉及一种聚苯胺/磺化石墨烯复合电极材料的制备方法。

背景技术

电化学超级电容器作为一种新型储能元件，因其比功率大、储存能力强、充放电速度快、对环境无污染、循环寿命长等优点受到了广泛的关注。常见的用于聚苯胺掺杂酸包括无机小分子质子酸（盐酸、硫酸、高氯酸等）和分子质量较大，尺寸较大的有机功能质子磺酸（对甲基苯磺酸、磺基水杨酸、十二烷基苯磺酸等）。当尺寸较大的对阴离子掺杂到聚苯胺中，可以降低其分子间相互作用力，聚苯胺分子以伸展链构象存在，结果有利于其电荷离域化，增大链间电导率，使聚苯胺样品电导率增大。并且可以在苯胺单体聚合时充当模板的作用。

Samulski等人采用硼氢化钠还原、对氨基苯磺酸重氮盐磺化和水合肼还原三步法制备得到分散性和共轭结构均较好的有机功能磺酸——磺化石墨烯，其表面接有的磺酸基团为一个强水溶性的强酸性基团，有利于磺化石墨烯在有机溶剂或聚合物中的分散，且较完整的碳原子共轭结构也使其保有较好导电性。（Yongchao Si,Edward T.Samulski.Synthesis of Water Soluble Graphene[J].NANO LETTERS,2008,8(6):1679-1682）。Hao等人通过界面聚合法合成了磺化石墨烯/聚苯胺复合电极材料，在0.1Ag^-1电流密度下，比电容为278Fg^-1。但是由于界面法通常会使用有机溶剂，不利于做到清洁生产，并且反应过程中，苯胺单体和磺化石墨烯分布在两相中，不利于苯胺单体的充分掺杂。(Qingli Hao,Hualan Wang,Xujie Yang,Lude Lu,Xin Wang.Morphology-Controlled Fabrication of Sulfonated Graphene/Polyaniline Nanocomposites by Liquid/Liquid Interfacial Polymerization and Investigation of their Electrochemical Properties[J].Nano Res.,2011,4(4):323–333)。

最近也有相关文献报道在无机酸存在体系下合成磺化石墨烯/聚苯胺复合电极材料并进行性能研究，(Biao Ma,Xiao Zhou,Hua Bao,Xingwei Li,Gengchao Wang.Hierarchical composites of sulfonated graphene-supported vertically aligned polyaniline nanorods forhigh-performance supercapacitors[J].Journal of Power Sources,2012,215:36-42)。专利（磺化单层石墨与聚合物复合材料及其制备和应用，CN101381507A）介绍了磺化石墨烯和聚苯胺（分子量1000～10000）共混物的制备在有机电致光显示和有机太阳能电池等有机光电器件中的应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有优异倍率性能复合电极材料及其制备方法，即聚苯胺/磺化石墨烯复合电极材料的制备方法，该制备方法过程简单，快速和环保，其制得的复合电极材料，具有倍率性能优异，循环稳定性好，比电容高等优点，适合用于超级电容器电极材料。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：

具有优异倍率性能复合电极材料及其制备方法，即聚苯胺/磺化石墨烯复合电极材料，以苯胺单体和磺化石墨烯充分混合均匀，原位聚合合成聚苯胺/磺化石墨烯复合材料，按照下述步骤进行制备：

步骤1，将磺化石墨烯在去离子水中分散均匀，具体来说，磺化石墨烯溶解在一定量的去离子水中，使用超声波细胞粉碎机（功率200W）在冰浴环境下超声分散3～5h使其分散均匀；

步骤2，聚苯胺—磺化石墨烯复合材料，将苯胺单体加入步骤1分散均匀的溶液中，继续超声分散，并在冰浴下恒速搅拌，再向其中滴加硫酸铵水溶液，在0.5h～1h内滴加完毕，在冰浴下继续反应4～6h，聚合后清洗干燥，得到复合材料；