CN109192528A - 一种具有增强三维网络结构的聚苯胺/二氧化锰电极材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的公开了一种具有增强三维网络结构的聚苯胺/二氧化锰电极材料的制备方法。该制备方法使苯胺盐酸盐、交联剂、高锰酸盐在聚乙烯醇水溶液中反应得聚苯胺/二氧化锰电极材料。本发明的制备方法在制备电极材料过程中，由于引入了聚乙烯醇和交联剂，得到了具有增强三维网络结构的聚苯胺/二氧化锰电极材料。这种增强的三维网络结构不仅可以克服聚苯胺在充放电过程中的膨胀与收缩，还可以对二氧化锰形成良好的保护，从而提升电极材料的稳定性；而且所有的原料，只需依次加入体系并混合均匀后，静置反应即可。在静置反应过程中，聚苯胺通过氧化聚合而形成，与此同时，氧化剂又被还原成二氧化锰。该制备方法简单易行。
Description
技术领域
本发明涉及电化学储能技术领域，尤其涉及一种具有增强三维网络结构的聚苯胺/二氧化锰电极材料的制备方法。
背景技术
近年来，由于不可再生石化燃料的巨大消耗引起的严重环境问题，人们对清洁和可持续能源的需求日益急迫。超级电容器是近十年来备受关注的新型电化学能源存储设备，与电池和传统电容器相比，它具有高功率密度，长循环寿命和快速充放电等特点。因此，超级电容器已在电动汽车，移动电子产品和不间断能量供应领域里获得广泛应用。根据储电机理，超级电容器大体上可以分为分种类型：（1）双电层电容，这类超级电容器通过电极与电解质之间的界面储存电荷，如以碳材料为电极材料的超级电容器；（2）赝电容（法拉第电容），这类超级电容器则通过可逆的氧化-还原反应（法拉第电荷传输反应）来产生电能，如以过渡金属氧化物、导电聚合物等为电极材料的超级电容器。虽然，双电导电容型的电极材料，如碳材料，具有优异的循环稳定性，但是其比容却明显低于赝电容电极材料。因此，开发更多新型赝电容电极材料是超级电容器电极材料领域的热点研究内容。
聚苯胺和二氧化锰分别属于导电高分子和过渡金属氧化物，它们均具有合成方法简单、成本低、环境友好高比容的优点，是最具发展潜力的两类赝电容电极材料。但是，它们又分别存在一些固有的缺陷，比如，二氧化锰导电性差，以及在酸性电解质不能稳定；聚苯胺在充放电过程易发生膨胀和收缩，而导致循环寿命短等。为了解决上述问题，研究者了开发各种聚苯胺/二氧化锰复合材料，这些复合材料较好的电化学储能特性，但是较为复杂的制备方法一定程度上会阻碍它们的商品应用。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种一种具有增强三维网络结构的聚苯胺/二氧化锰电极材料的制备方法。
本发明的一种具有增强三维网络结构的聚苯胺/二氧化锰电极材料的制备方法，使苯胺盐酸盐、交联剂、高锰酸盐在聚乙烯醇水溶液中反应得聚苯胺/二氧化锰电极材料。
优选的，还包括将反应产物置于大量去离子水净化平衡。
优选的，交联剂为硼酸、硼砂、戊二醛或环氧氯丙烷。
优选的，所述聚乙烯醇的质量浓度为0.5～10wt%。
优选的，所述苯胺盐酸盐的物质的量浓度为0.02～2mol/L。
优选的，所述交联剂与聚乙烯醇的质量比为0～0.5。
优选的，所述高锰酸盐为高锰酸钾、高锰酸钠或高锰酸铵。
优选的，还包括氧化剂，所述氧化剂为过硫酸铵、氯化铁、硝酸铁或双氧水。
优选的，氧化剂与苯胺盐酸盐的物质量比为0.01～2。
优选的，所述反应的时间为2～48h。
本发明的种具有增强三维网络结构的聚苯胺/二氧化锰电极材料的制备方法在制备电极材料过程中，由于引入了聚乙烯醇和交联剂，得到了具有增强三维网络结构的聚苯胺/二氧化锰电极材料。这种增强的三维网络结构不仅可以克服聚苯胺在充放电过程中的膨胀与收缩，还可以对二氧化锰形成良好的保护，从而提升电极材料的稳定性；而且所有的原料，如聚乙烯醇、苯胺盐酸盐、交联剂和氧化剂等，只需依次加入体系并混合均匀后，静置反应即可。在静置反应过程中，聚苯胺通过氧化聚合而形成，与此同时，氧化剂又被还原成二氧化锰。该制备方法简单易行。
附图说明
图1为实施例1制备得到的聚苯胺/二氧化锰电极材料的扫描电镜照片。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
将1.0g聚乙烯醇在加热条件下完全溶解于20mL去离子水中，自然冷却后，待用。将配制好的聚乙烯醇水溶液置于冰水浴中搅拌，依次加入2.07g苯胺盐酸盐、0.05g硼酸、1.27g高锰酸钾，搅拌均匀后，室温静置反应一定时间。将反应产物置于大量去离子水净化平衡，以除去低聚物和无机物，即可得到聚苯胺/二氧化锰电极材料。
实施例2
将1.0g聚乙烯醇在90℃下完全溶解于20mL去离子水中，自然冷却后，待用。将配制好的聚乙烯醇水溶液置于冰水浴中搅拌，依次加入1.65g苯胺盐酸盐、0.05g硼酸、1.27g高锰酸钾，搅拌均匀后，室温静置反应一定时间。将反应产物置于大量去离子水净化平衡，以除去低聚物和无机物，即可得到聚苯胺/二氧化锰电极材料。
实施例3
将1.0g聚乙烯醇在90℃下完全溶解于20mL去离子水中，自然冷却后，待用。将配制好的聚乙烯醇水溶液置于冰水浴中搅拌，依次加入2.07g苯胺盐酸盐、0.05g硼酸、1.27g高锰酸钾、1.82g过硫酸铵，搅拌均匀后，室温静置反应一定时间。将反应产物置于大量去离子水净化平衡，以除去低聚物和无机物，即可得到聚苯胺/二氧化锰电极材料。
实施例4
将1.0g聚乙烯醇在90℃下完全溶解于20mL去离子水中，自然冷却后，待用。将配制好的聚乙烯醇水溶液置于冰水浴中搅拌，依次加入2.07g苯胺盐酸盐、0.05g硼酸、1.27g高锰酸钾、1.29g氯化铁，搅拌均匀后，室温静置反应一定时间。将反应产物置于大量去离子水净化平衡，以除去低聚物和无机物，即可得到聚苯胺/二氧化锰电极材料。
实施例5
将1.0g聚乙烯醇在90℃下完全溶解于20mL去离子水中，自然冷却后，待用。将配制好的聚乙烯醇水溶液置于冰水浴中搅拌，依次加入2.07g苯胺盐酸盐、0.05g硼酸、1.27g高锰酸钾、1.93g硝酸铁，搅拌均匀后，室温静置反应一定时间。将反应产物置于大量去离子水净化平衡，以除去低聚物和无机物，即可得到聚苯胺/二氧化锰电极材料。
实施例6
将0.5g聚乙烯醇在85℃下完全溶解于20mL去离子水中，自然冷却后，待用。将配制好的聚乙烯醇水溶液置于冰水浴中搅拌，依次加入2.07g苯胺盐酸盐、0.025g硼酸、1.27g高锰酸钾、1.82g过硫酸铵，搅拌均匀后，室温静置反应一定时间。将反应产物置于大量去离子水净化平衡，以除去低聚物和无机物，即可得到聚苯胺/二氧化锰电极材料。
实施例7
将1.0g聚乙烯醇在85℃下完全溶解于20mL去离子水中，自然冷却后，待用。将配制好的聚乙烯醇水溶液置于冰水浴中搅拌，依次加入2.07g苯胺盐酸盐、0.05g硼砂、1.27g高锰酸钾，搅拌均匀后，室温静置反应一定时间。将反应产物置于大量去离子水净化平衡，以除去低聚物和无机物，即可得到聚苯胺/二氧化锰电极材料。
参见附图，图1为实施例1制备得到的聚苯胺/二氧化锰电极材料的扫描电镜照片：（a）低放大倍数，（b）高放大倍数。由图中可以明显看到，所制备的电极材料具有典型的三维交织的网络结构，聚苯胺、二氧化锰活性材料均匀地负载于网络结构中。本发明的制备方法制备的聚苯胺/二氧化锰电极材料，具有增强的三维网构结构，以及制备方法简单等优点，在高性能超级电容器电极材料领域具有极大的应用前景。
以上未涉及之处，适用于现有技术。
虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围，本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例来做出各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的方向或者超越所附权利要求书所定义的范围。本领域的技术人员应该理解，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种具有增强三维网络结构的聚苯胺/二氧化锰电极材料的制备方法，其特征在于：使苯胺盐酸盐、交联剂、高锰酸盐在聚乙烯醇水溶液中反应得聚苯胺/二氧化锰电极材料。
2.如权利要求1所述的一种具有增强三维网络结构的聚苯胺/二氧化锰电极材料的制备方法，其特征在于：还包括将反应产物置于大量去离子水净化平衡。
3.如权利要求1所述的一种具有增强三维网络结构的聚苯胺/二氧化锰电极材料的制备方法，其特征在于：交联剂为硼酸、硼砂、戊二醛或环氧氯丙烷。
4.如权利要求1所述的一种具有增强三维网络结构的聚苯胺/二氧化锰电极材料的制备方法，其特征在于：所述聚乙烯醇的质量浓度为0.5～10wt%。
5.如权利要求1所述的一种具有增强三维网络结构的聚苯胺/二氧化锰电极材料的制备方法，其特征在于：所述苯胺盐酸盐的物质的量浓度为0.02～2mol/L。
6.如权利要求1所述的一种具有增强三维网络结构的聚苯胺/二氧化锰电极材料的制备方法，其特征在于：所述交联剂与聚乙烯醇的质量比为0～0.5。
7.如权利要求1所述的一种具有增强三维网络结构的聚苯胺/二氧化锰电极材料的制备方法，其特征在于：所述高锰酸盐为高锰酸钾、高锰酸钠或高锰酸铵。
8.如权利要求1所述的一种具有增强三维网络结构的聚苯胺/二氧化锰电极材料的制备方法，其特征在于：还包括氧化剂，所述氧化剂为过硫酸铵、氯化铁、硝酸铁或双氧水。
9.如权利要求1所述的一种具有增强三维网络结构的聚苯胺/二氧化锰电极材料的制备方法，其特征在于：氧化剂与苯胺盐酸盐的物质量比为0.01～2。
10.如权利要求1所述的一种具有增强三维网络结构的聚苯胺/二氧化锰电极材料的制备方法，其特征在于：所述反应的时间为2～48h。
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- 2018-09-04 CN CN201811026282.7A patent/CN109192528B/zh active Active
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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