本發(fā)明屬于電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及聚苯胺有序納米管陣列的合成及其在柔性全固態(tài)贗電容電容器中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

電化學(xué)電容器也叫超級(jí)電容器，由于其功率密度高、能量密度大、循環(huán)壽命長(zhǎng)、無(wú)污染、成本低等優(yōu)點(diǎn)[Wang L,Feng X,Ren L,Piao Q,Zhong J,Wang Y,Li H,Chen Y,Wang B.2015,J.Am.Chem.Soc.,137,4920-4923.]，引起了巨大的關(guān)注。

眾所周知，傳統(tǒng)的超級(jí)電容器使用不能壓縮的包裝材料和液態(tài)的電解液，而液態(tài)的電解液在使用的過(guò)程中容易發(fā)生泄漏，這會(huì)極大地影響電極材料的電容性能。與傳統(tǒng)的超級(jí)電容器相比，使用固態(tài)電解質(zhì)的全固態(tài)電容器沒(méi)有復(fù)雜的制備過(guò)程，不存在電解質(zhì)泄露等情況。近來(lái)，便攜式和可穿戴的電子設(shè)備的快速發(fā)展極大地促進(jìn)了柔性?xún)?chǔ)存裝置的發(fā)展。但是，目前市場(chǎng)上的便攜式和可穿戴的電子設(shè)備還存在一些不足，限制了其在市場(chǎng)上的推廣和應(yīng)用，如，成本較高、穩(wěn)定性不足、壽命較短，再現(xiàn)性能差等。

聚苯胺作為重要的導(dǎo)電高分子之一，它具有很多優(yōu)點(diǎn)，如成本低、易合成以及高的理論比電容[Meng Y,Wang K,Zhang Y,Wei Z.Adv.Mater,2013,25:6985-6990]。Xie等人采用電化學(xué)的方法合成了聚苯胺,并將其應(yīng)用于贗電容電容器的電極材料中，并對(duì)其氧化還原贗電容性質(zhì)進(jìn)行了研究[Xie Y,Liu Y,Zhao Y,Tsang Y,Lau S,Huang H,Chai Y.J.Mater.Chem.A2014,2:9142-9149]。

本發(fā)明的目的在于提出一種制備可用于柔性全固態(tài)超級(jí)電容器的有序納米管陣列贗電容電極的方法，所述方法獲得的贗電容電極能夠克服現(xiàn)有產(chǎn)品中的某些不足，例如成本高、壽命短、不穩(wěn)定、次品率高等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于現(xiàn)有技術(shù)中存在上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種用模板電沉積法制備有序的陣列贗電容電極的方法，及其在柔性全固態(tài)超級(jí)贗電容電容器中的應(yīng)用。目前，還鮮有用模板電沉積法制備有序的陣列贗電容電極的方法，并提出研究其電容性質(zhì)的方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下所述：

本發(fā)明提供一種模板電沉積法制備聚苯胺陣列贗電容電極的方法，所述方法包括如下步驟:

步驟一：將聚碳酸酯薄膜(PC)通過(guò)電子束蒸發(fā)來(lái)修飾50-100nm的金(優(yōu)選85nm的金)，以用來(lái)作為集電器。

步驟二：用0.1M H₂SO₄,0.5M Na₂SO₄和0.1M苯胺配制電沉積溶液。

步驟三：通過(guò)循環(huán)伏安法來(lái)制得聚苯胺陣列贗電容電極。在電沉積的過(guò)程中，Au/PC薄膜用來(lái)作為工作電極，Ag/AgCl電極和鉑絲分別用來(lái)作為參比和對(duì)電極。

其中，步驟二中，硫酸、苯胺和硫酸鈉的用量比為硫酸：苯胺：硫酸鈉＝670μL:185μL:1.42g；可以先將硫酸鈉和硫酸配置成混合水溶液，再將苯胺添加到混合溶液中，并攪拌均勻。步驟三中，循環(huán)伏安法使用的掃描速度為50mV s^-1、電位窗口為-0.4to 1.0V。

本發(fā)明提供的聚苯胺有序納米管陣列可用于超級(jí)贗電容電容器的電極材料。通過(guò)電化學(xué)工作站來(lái)評(píng)價(jià)其電容性質(zhì)，結(jié)果表明其具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性和壽命。同時(shí)，本發(fā)明的原料來(lái)源廣泛，成本較低，所述方法的設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便，可再現(xiàn)性強(qiáng)，便于擴(kuò)大生產(chǎn)和推廣。

本發(fā)明還提供上述模板電沉積法制備的聚苯胺有序納米管陣列電極的應(yīng)用，其可作為電極材料，用于對(duì)稱(chēng)的柔性的全固態(tài)贗電容電容器。具體使用時(shí)，可以將PVA/H₂SO₄均勻的涂抹在兩片聚苯胺有序納米管陣列贗電容電極材料上，將兩片電極材料進(jìn)行自組裝形成柔性全固態(tài)的超級(jí)電容器。

本發(fā)明制備的聚苯胺有序納米管陣列電極在用于贗電容超級(jí)電容器的電極材料時(shí)，具備電化學(xué)活性高、面積比電容高、穩(wěn)定性和重現(xiàn)性好、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明具有如下有益效果：

1、本發(fā)明所述制備方法，操作簡(jiǎn)單、易操作、條件溫和、原料來(lái)源廣、成本低；

2、獲得的聚苯胺有序納米管陣列電極在用于贗電容超級(jí)電容器的電極材料時(shí)，具備電化學(xué)活性高、面積比電容高、穩(wěn)定性和重現(xiàn)性好、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的聚苯胺有序納米管陣列電極的電子掃描圖；

圖2A為本發(fā)明實(shí)施例1制備的不同沉積圈數(shù)的聚苯胺納米管在100mV s^-1掃速下的循環(huán)伏安曲線(xiàn)；

圖2B為本發(fā)明實(shí)施例1制備的不同沉積圈數(shù)的聚苯胺納米管在100mV s^-1掃速下的面積比電容；

圖2C為本發(fā)明實(shí)施例1制備的不同沉積圈數(shù)的聚苯胺納米管在電流密度為1.0mA cm^-2條件下的恒電流充放電曲線(xiàn)；

圖2D為本發(fā)明實(shí)施例1制備的不同沉積圈數(shù)的聚苯胺納米管在電流密度為1.0mA cm^-2條件下的面積比電容。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合具體實(shí)施例，來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。

實(shí)施例1

本實(shí)施例通過(guò)如下步驟制備聚苯胺有序納米管陣列電極：

步驟一：將聚碳酸酯薄膜通過(guò)電子束蒸發(fā)來(lái)修飾85nm的金。

步驟二：取1.42g Na₂SO₄和22.3ml 0.1M H₂SO₄分散到20ml H₂O中，超聲直至形成均一穩(wěn)定的溶液，加入185μL苯胺單體，繼續(xù)超聲至溶液再次均一。

步驟三：用上面配置的溶液作為電沉積液，使用掃描速度為50mV s^-1、電位窗口為-0.4to 1.0V的循環(huán)伏安法沉積不同的圈數(shù)制得管徑不同的聚苯胺有序納米管陣列。在電沉積的過(guò)程中，Au/PC薄膜用來(lái)作為工作電極，Ag/AgCl電極和鉑絲分別用來(lái)作為參比和對(duì)電極。

圖1為本實(shí)施例制備的聚苯胺有序納米管陣列電極的電子掃描圖，其中，在A(yíng)u/PC薄膜沉積不同圈數(shù)聚苯胺的掃描圖(A,B)60圈,(C,D)80圈,(E,F)100圈,(G,H)120圈和(I,J)140圈，由圖可見(jiàn)聚苯胺納米管顯示了較好的陣列結(jié)構(gòu)。

將所得的聚苯胺有序納米管陣列按照所需要的形狀裁剪兩片大小完全相同的電極材料。將PVA/H₂SO₄均勻的涂抹在兩片電極材料上，將兩片電極材料進(jìn)行自組裝形成柔性全固態(tài)的超級(jí)電容器。通過(guò)電化學(xué)工作站來(lái)評(píng)價(jià)其電容性質(zhì)，其結(jié)果如圖2所示，結(jié)果表明其具有良好的電化學(xué)性能。

實(shí)施例2

本實(shí)施例通過(guò)如下步驟制備聚苯胺有序納米管陣列電極：

步驟一：將聚碳酸酯薄膜通過(guò)電子束蒸發(fā)來(lái)修飾50nm的金。

步驟二：取1.42g Na₂SO₄和22.3ml 0.1M H₂SO₄分散到20ml H₂O中，超聲直至形成均一穩(wěn)定的溶液，加入185μL苯胺單體，繼續(xù)超聲至溶液再次均一。

步驟三：用上面配置的溶液作為電沉積液，使用掃描速度為50mV s^-1、電位窗口為-0.4to 1.0V的循環(huán)伏安法沉積不同的圈數(shù)制得管徑不同的聚苯胺有序納米管陣列。在電沉積的過(guò)程中，Au/PC薄膜用來(lái)作為工作電極，Ag/AgCl電極和鉑絲分別用來(lái)作為參比和對(duì)電極。

實(shí)施例3

本實(shí)施例通過(guò)如下步驟制備聚苯胺有序納米管陣列電極：

步驟一：將聚碳酸酯薄膜通過(guò)電子束蒸發(fā)來(lái)修飾100nm的金。

步驟二：取1.42g Na₂SO₄和22.3ml 0.1M H₂SO₄分散到20ml H₂O中，超聲直至形成均一穩(wěn)定的溶液，加入185μL苯胺單體，繼續(xù)超聲至溶液再次均一。

步驟三：用上面配置的溶液作為電沉積液，使用掃描速度為50mV s^-1、電位窗口為-0.4to 1.0V的循環(huán)伏安法沉積不同的圈數(shù)制得管徑不同的聚苯胺有序納米管陣列。在電沉積的過(guò)程中，Au/PC薄膜用來(lái)作為工作電極，Ag/AgCl電極和鉑絲分別用來(lái)作為參比和對(duì)電極。