本發(fā)明涉及超級電容器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種氧化鎳乙炔黑增強(qiáng)電導(dǎo)性的聚吡咯炭復(fù)合電極材料。
背景技術(shù)：
超級電容器是一種介于電池與傳統(tǒng)電容器之間的新型儲能器件，兼具兩者的優(yōu)點，具有功率密度高、能量密度高、充電時間短、使用壽命長和對環(huán)境無污染等優(yōu)點。作為一種綠色環(huán)保、性能優(yōu)異的新型儲能器件，超級電容器在國防、軍工、電動汽車、電腦、移動通信等眾多領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。導(dǎo)電聚合物因其成本低而備受關(guān)注，具有較大比表面積的導(dǎo)電聚合物被認(rèn)為是超級電容器的理想電極材料，適用于此類電容器的導(dǎo)電聚合物有: 聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩及其衍生物。在眾多導(dǎo)電聚合物中，聚吡咯因其高的電導(dǎo)率、有趣的氧化還原性能、環(huán)境穩(wěn)定性以及可通過化學(xué)或電化學(xué)方法易于制備等優(yōu)點成為近年來的研究熱點。
《片狀聚吡咯/氧化石墨烯復(fù)合材料的制備及電化學(xué)性能》一文中通過原位聚合在低溫條件下制備具有片狀微結(jié)構(gòu)的聚吡咯/氧化石墨烯復(fù)合材料，通過電化學(xué)分析，與純聚吡咯及氧化石墨烯相比，復(fù)合材料顯示出優(yōu)越的電容特性。但是本文確是以 PTFE 為黏結(jié)劑制備片狀電極材料，雖然增加了電極材料的機(jī)械強(qiáng)度，但是由于黏結(jié)劑的添加使電極的電阻增大，電導(dǎo)率降低，電極成分復(fù)雜，不利于電極材料的穩(wěn)定性，這就需要對電極材料的成型方法以及如何提高了電極材料的增和性能進(jìn)行進(jìn)一步研究。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的就是為了彌補(bǔ)已有技術(shù)的缺陷，提供一種氧化鎳乙炔黑增強(qiáng)電導(dǎo)性的聚吡咯炭復(fù)合電極材料。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
一種氧化鎳乙炔黑增強(qiáng)電導(dǎo)性的聚吡咯炭復(fù)合電極材料，由下列重量份的原料制成：活性炭5-6、濃度為2wt%的硝酸銅溶液30-35、吡咯80-85、殼聚糖10-12、濃度為2wt%的乙酸溶液100-110、十二烷基苯磺酸鈉2-3、氯化鐵3-4、1mol/L的鹽酸適量、1mol/L的氫氧化鈉適量、去離子水適量、乙炔黑2-3、硝酸鎳2-3、碳酸氫銨3-3.5、無水乙醇適量。
根據(jù)權(quán)利要求書1所述一種氧化鎳乙炔黑增強(qiáng)電導(dǎo)性的聚吡咯炭復(fù)合電極材料，由下列具體方法制備而成：
（1）將活性炭置于濃度為2wt%的硝酸銅溶液中，磁力攪拌器攪拌24小時后過濾，烘干，然后在炭化爐中氮氣保護(hù)下以10-15℃/min的升溫速率升溫至200℃，恒溫100-120分鐘后出料，粉碎后得到改性活性炭待用；
（2）將殼聚糖均勻的攪拌分散到濃度為2wt%的乙酸溶液中，加入十二烷基苯磺酸鈉，攪拌反應(yīng)40-60分鐘后加入1mol/L的鹽酸調(diào)節(jié)溶液pH為4，將氯化鐵溶于50-60倍量的去離子水中，攪拌均勻后加入吡咯、步驟（1）得到的改性活性炭，室溫下攪拌反應(yīng)60-90分鐘后靜置，加入1mol/L的氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液為中性，最后真空抽濾，將得到的濾餅用去離子水洗滌2-3次后置于真空干燥箱中干燥，得到殼聚糖聚吡咯炭復(fù)合材料；
（3）將碳酸氫銨溶于等量的無水乙醇中形成溶液待用；將硝酸鎳與乙炔黑混合，加入等量的無水乙醇，混合均勻后加入上述碳酸氫銨溶液，攪拌反應(yīng)120-150分鐘，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)離心分離、洗滌、干燥得到混合物，將混合物放入馬弗爐中以300-400℃下煅燒2.5-3小時，冷卻后取出，過300目篩，得到氧化鎳乙炔黑復(fù)合物；
（4）將步驟（2）步驟（3）得到的產(chǎn)物放入研缽中，研磨至物料混合均勻，然后倒入模具中，加熱至150-160℃，將模具放置在電動壓片機(jī)上，在10MPa的壓力下熱壓20-30分鐘，待磨具冷卻到常溫后進(jìn)行脫模，最后用砂紙將得到的電極材料表面打磨光滑即可。
本發(fā)明的優(yōu)點是：本發(fā)明首先利用硝酸銅對活性炭進(jìn)行浸漬改性，提高了活性炭的中孔率，表面負(fù)載少量的氧化銅，在電容器充放電過程中產(chǎn)生贗電容效應(yīng)，增強(qiáng)了電容器的比電容，同時可以提高電解液的浸潤性；然后通過一定的工藝將改性后活性炭與殼聚糖、吡咯等聚合成復(fù)合材料，最后通過熱壓成型制成復(fù)合電極材料，制成的電極材料不添加粘結(jié)劑，阻抗小，電極溶脹性以及親水性佳，比表面積大，電化學(xué)性能優(yōu)異。
本發(fā)明利用乙炔黑、碳酸氫銨、硝酸鎳發(fā)生沉淀反應(yīng)生成乙炔黑與氧化鎳的復(fù)合物，合成與煅燒的過程中形成多孔的結(jié)構(gòu)，而且由于乙炔黑的加入，增強(qiáng)了復(fù)合材料的導(dǎo)電性，從而能夠增強(qiáng)電極材料的電化學(xué)性能；本發(fā)明制成的電極材料電導(dǎo)性好，電化學(xué)穩(wěn)定，比表面積大，用此制成的超級電容器具有良好的充放電性能，循環(huán)性能優(yōu)異，使用壽命長。
具體實施方式
一種氧化鎳乙炔黑增強(qiáng)電導(dǎo)性的聚吡咯炭復(fù)合電極材料，由下列重量份（公斤）的原料制成：活性炭5、濃度為2wt%的硝酸銅溶液30、吡咯80、殼聚糖10、濃度為2wt%的乙酸溶液100、十二烷基苯磺酸鈉2、氯化鐵3、1mol/L的鹽酸適量、1mol/L的氫氧化鈉適量、去離子水適量、乙炔黑2、硝酸鎳2、碳酸氫銨3、無水乙醇適量。
根據(jù)權(quán)利要求書1所述一種氧化鎳乙炔黑增強(qiáng)電導(dǎo)性的聚吡咯炭復(fù)合電極材料，由下列具體方法制備而成：
（1）將活性炭置于濃度為2wt%的硝酸銅溶液中，磁力攪拌器攪拌24小時后過濾，烘干，然后在炭化爐中氮氣保護(hù)下以10℃/min的升溫速率升溫至200℃，恒溫100分鐘后出料，粉碎后得到改性活性炭待用；
（2）將殼聚糖均勻的攪拌分散到濃度為2wt%的乙酸溶液中，加入十二烷基苯磺酸鈉，攪拌反應(yīng)40分鐘后加入1mol/L的鹽酸調(diào)節(jié)溶液pH為4，將氯化鐵溶于50倍量的去離子水中，攪拌均勻后加入吡咯、步驟（1）得到的改性活性炭，室溫下攪拌反應(yīng)60分鐘后靜置，加入1mol/L的氫氧化鈉調(diào)節(jié)溶液為中性，最后真空抽濾，將得到的濾餅用去離子水洗滌2次后置于真空干燥箱中干燥，得到殼聚糖聚吡咯炭復(fù)合材料；
（3）將碳酸氫銨溶于等量的無水乙醇中形成溶液待用；將硝酸鎳與乙炔黑混合，加入等量的無水乙醇，混合均勻后加入上述碳酸氫銨溶液，攪拌反應(yīng)120分鐘，反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)離心分離、洗滌、干燥得到混合物，將混合物放入馬弗爐中以300℃下煅燒2.5小時，冷卻后取出，過300目篩，得到氧化鎳乙炔黑復(fù)合物；
（4）將步驟（2）步驟（3）得到的產(chǎn)物放入研缽中，研磨至物料混合均勻，然后倒入模具中，加熱至150℃，將模具放置在電動壓片機(jī)上，在10MPa的壓力下熱壓20分鐘，待磨具冷卻到常溫后進(jìn)行脫模，最后用砂紙將得到的電極材料表面打磨光滑即可。
對本實施例電極材料制成的超級電容器進(jìn)行循環(huán)伏安曲線測試，結(jié)果顯示放電比電容為376 F/g，在400次循環(huán)充放電測試后比電容仍能保持大于90%。