本發(fā)明屬于超級(jí)電容器用電極材料的制備領(lǐng)域，具體涉及一種聚苯胺納米纖維電極材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

超級(jí)電容器是一種介于傳統(tǒng)電容器和電池之間的儲(chǔ)能器件，近些年來受到社會(huì)廣泛的關(guān)注。超級(jí)電容器主要由電極、電解質(zhì)、集流體、引線和封裝材料組成，超級(jí)電容器的性能與這幾部分密切相關(guān)，而電極材料是其中最主要的因素，電極材料性能的好壞將直接影響到超級(jí)電容器性能的優(yōu)劣。同時(shí)，聚苯胺由于具有原材料來源廣泛、價(jià)格低廉、合成工藝簡(jiǎn)便、電化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)良、比電容較高等特點(diǎn)，被認(rèn)為是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ某?jí)電容器電極材料。大量的研究結(jié)果表明，增加聚苯胺的比表面積有利于提高其電化學(xué)性能。辛凌云（辛凌云，張校剛；高分子學(xué)報(bào)，2005，1(3)：437-441）利用界面擴(kuò)散聚合法制得了樟腦磺酸摻雜聚苯胺納米管或納米纖維。充放電測(cè)試結(jié)果表明，聚苯胺納米管在5 mA放電時(shí)電容值可達(dá)249 F/g，比聚苯胺粉末的比電容提高了41.5 %。日落黃是一種常用的人工食用色素，性質(zhì)穩(wěn)定，價(jià)格低廉，廣泛用于食品和藥物的著色。在苯胺的化學(xué)氧化聚合反應(yīng)體系中，帶有酸性磺酸基團(tuán)的日落黃分子能夠起到摻雜劑和表面活性劑的作用，對(duì)聚苯胺的形貌和電化學(xué)性能具有顯著的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種聚苯胺納米纖維電極材料及其制備方法。為了進(jìn)一步提高聚苯胺的電化學(xué)性能，在化學(xué)氧化聚合反應(yīng)體系中添加日落黃作為表面活性劑，日落黃分子上的磺酸根離子還可以作為摻雜劑，提高聚苯胺的摻雜程度。該電極材料不僅呈現(xiàn)明顯的納米纖維形貌，而且具有較高的比電容和較優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，同時(shí)原材料價(jià)格低廉，制備工藝簡(jiǎn)單，具有顯著的經(jīng)濟(jì)價(jià)值與社會(huì)效益。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

將制備的日落黃鹽酸溶液加入到苯胺的聚合反應(yīng)體系中，經(jīng)過化學(xué)氧化法制備聚苯胺納米纖維電極材料。

制備方法包括以下步驟：

（1）將日落黃加入到鹽酸水溶液中，超聲，制備日落黃的鹽酸溶液；

（2）將苯胺加入到步驟（1）制備的日落黃的鹽酸溶液中，滴加過硫酸銨的鹽酸水溶液進(jìn)行化學(xué)氧化聚合，經(jīng)過濾、洗滌、干燥，得到聚苯胺納米纖維電極材料。

更具體的步驟如下：

（1）稱取0.1~0.5 g 日落黃加入到100 mL 1 mol/L鹽酸水溶液中，室溫超聲30~60 min，制備日落黃的鹽酸溶液；

（2）稱取1~2 g苯胺，加入到步驟（1）制備的日落黃的鹽酸溶液中，機(jī)械攪拌10~30 min，向反應(yīng)體系中緩慢滴加20~40 mL 1 mol/L過硫酸銨的鹽酸水溶液，滴加結(jié)束后，在0~5 °C下繼續(xù)反應(yīng)4~12 h，減壓過濾，墨綠色產(chǎn)物依次用無水乙醇和去離子水交叉洗滌至濾液澄清，在60 °C下真空干燥24 h，得到聚苯胺納米纖維電極材料。

本發(fā)明所制備的電極材料呈現(xiàn)明顯的納米纖維形貌，并且電化學(xué)性能顯著提高。

本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)在于：

在苯胺的化學(xué)氧化聚合反應(yīng)體系中，帶有酸性磺酸基團(tuán)的日落黃分子能夠起到摻雜劑和表面活性劑的作用，對(duì)聚苯胺的形貌和電化學(xué)性能具有顯著的影響。本發(fā)明制備的聚苯胺電極材料呈現(xiàn)明顯的納米纖維形貌，且原材料價(jià)格低廉，制備工藝簡(jiǎn)單，所制備的電極材料在充放電電流密度分別為2 g/A、3 g/A、4 g/A和5 g/A時(shí)，比電容分別為466 F/g、448 F/g、432 F/g和416 F/g，比未添加日落黃的聚苯胺分別提高了40 %、51 %、64 %和73 %，充放電1000次后，比電容衰減至初始值的82.2 %，比未添加日落黃的聚苯胺提高了24.7 %，因該種電極材料具有較高的比電容和較優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，主要用于制備超級(jí)電容器用電極。

附圖說明

圖1為實(shí)施例2制備的聚苯胺納米纖維電極材料的傅里葉變換紅外吸收光譜。

圖2為實(shí)施例2制備的聚苯胺納米纖維電極材料的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡照片。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明用下列實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于下列實(shí)施例。

實(shí)施例1

一種聚苯胺納米纖維電極材料的制備方法，具體步驟為：

（1）稱取0.1 g 日落黃加入到100 mL 1 mol/L鹽酸水溶液中，室溫超聲30 min，制備日落黃的鹽酸溶液；

（2）稱取1 g苯胺，加入到步驟（1）制備的日落黃的鹽酸溶液中，機(jī)械攪拌10 min，向反應(yīng)體系中緩慢滴加20 mL 1 mol/L過硫酸銨的鹽酸水溶液，滴加結(jié)束后，在0 °C下繼續(xù)反應(yīng)4 h，減壓過濾，墨綠色產(chǎn)物依次用無水乙醇和去離子水交叉洗滌至濾液澄清，在60 °C下真空干燥24 h，得到聚苯胺納米纖維電極材料。

將80 wt%電極材料、15 wt%乙炔炭黑和5 wt%聚偏氟乙烯混合均勻，涂在不銹鋼網(wǎng)上作為工作電極，以鉑絲作為對(duì)電極，以飽和甘汞電極作為參比電極，以1 mol/L硫酸水溶液作為電解液，測(cè)得該電極材料在充放電電流密度分別為2 g/A、3 g/A、4 g/A和5 g/A時(shí)，比電容分別為448 F/g、434 F/g、417 F/g和400 F/g，比未添加日落黃的聚苯胺分別提高了35 %、47 %、59 %和67 %，充放電1000次后，比電容衰減至初始值的80.6 %，比未添加日落黃的聚苯胺提高了21.7%。

實(shí)施例2

一種聚苯胺納米纖維電極材料的制備方法，具體步驟為：

（1）稱取0.3 g 日落黃加入到100 mL 1 mol/L鹽酸水溶液中，室溫超聲45 min，制備日落黃的鹽酸溶液；

（2）稱取1.5 g苯胺，加入到步驟（1）制備的日落黃的鹽酸溶液中，機(jī)械攪拌20 min，向反應(yīng)體系中緩慢滴加30 mL 1 mol/L過硫酸銨的鹽酸水溶液，滴加結(jié)束后，在3 °C下繼續(xù)反應(yīng)8 h，減壓過濾，墨綠色產(chǎn)物依次用無水乙醇和去離子水交叉洗滌至濾液澄清，在60 °C下真空干燥24 h，得到聚苯胺納米纖維電極材料。

將80 wt%電極材料、15 wt%乙炔炭黑和5 wt%聚偏氟乙烯混合均勻，涂在不銹鋼網(wǎng)上作為工作電極，以鉑絲作為對(duì)電極，以飽和甘汞電極作為參比電極，以1 mol/L硫酸水溶液作為電解液，測(cè)得該電極材料在充放電電流密度分別為2 g/A、3 g/A、4 g/A和5 g/A時(shí)，比電容分別為466 F/g、448 F/g、432 F/g和416 F/g，比未添加日落黃的聚苯胺分別提高了40 %、51 %、64 %和73 %，充放電1000次后，比電容衰減至初始值的82.2 %，比未添加日落黃的聚苯胺提高了24.7 %。

實(shí)施例3

一種聚苯胺納米纖維電極材料的制備方法，具體步驟為：

（1）稱取0.5 g 日落黃加入到100 mL 1 mol/L鹽酸水溶液中，室溫超聲60 min，制備日落黃的鹽酸溶液；

（2）稱取2 g苯胺，加入到步驟（1）制備的日落黃的鹽酸溶液中，機(jī)械攪拌30 min，向反應(yīng)體系中緩慢滴加40 mL 1 mol/L過硫酸銨的鹽酸水溶液，滴加結(jié)束后，在5 °C下繼續(xù)反應(yīng)12 h，減壓過濾，墨綠色產(chǎn)物依次用無水乙醇和去離子水交叉洗滌至濾液澄清，在60 °C下真空干燥24 h，得到聚苯胺納米纖維電極材料。

將80 wt%電極材料、15 wt%乙炔炭黑和5 wt%聚偏氟乙烯混合均勻，涂在不銹鋼網(wǎng)上作為工作電極，以鉑絲作為對(duì)電極，以飽和甘汞電極作為參比電極，以1 mol/L硫酸水溶液作為電解液，測(cè)得該電極材料在充放電電流密度分別為2 g/A、3 g/A、4 g/A和5 g/A時(shí)，比電容分別為439 F/g、426 F/g、409 F/g和395 F/g，比未添加日落黃的聚苯胺分別提高了32 %、44 %、55 %和85 %，充放電1000次后，比電容衰減至初始值的81.8 %，比未添加日落黃的聚苯胺提高了24.1 %。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。