[发明专利]一种聚苯胺基MOF纳米复合材料柔性超级电容器的制备方法

说明书

一种聚苯胺基MOF纳米复合材料柔性超级电容器的制备方法，包括以下步骤：首先通过氧化还原快速聚合法制备PANI/UiO‑66纳米复合材料，作为电极活性材料；然后将复合材料、乙炔黑、聚偏氟乙烯（PVDF）以一定的比例研磨均匀并超声分散在N‑甲基‑2‑吡咯烷酮（NMP）中形成浆料，通过滴涂的方法将浆料涂在碳纤维布上，形成电极；最后，通过凝胶电解质将两块电极对称的叠在一起，中间用隔膜隔开，并封装，即制备成柔性超级电容器；且所述电极材料在电流密度为1A/g时，比容量最高可达到1015F/g，所制备的超级电容器弯曲800次比容量仅衰减10%，恒电流充放电循环稳定性测试5000圈比容量可保持91%，本发明所制备的柔性超级电容器具有良好的柔韧性和电化学性能，稳定性优良，制备的方法简单易操作，在柔性电子器件和能量存储方面有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于可弯曲柔性储能元件及其制备技术领域，具体涉及一种聚苯胺基MOF纳米复合材料柔性超级电容器的制备方法。

背景技术

近年来，随着电子产品越来越趋向于便携、柔性和可穿戴，随之发展其相应的储能元件，使之变得小型、质轻、柔性和高性能，这成为了一个研究热点。传统的储能器件如电池、电容器基本都属于硬质刚性，大多不可弯曲折叠，并且能量密度、功率密度和充放电循环稳定性还有待提高。而超级电容器由于具有更好的循环寿命以及更高的功率密度，在能量存储方面相比于电池和传统的电容器更有优势。

超级电容器的电极材料种类有很多，如碳基材料、过渡金属氧化物和导电高分子等，而导电高分子由于其储能性好、易制备和价格合理等特点广泛的被研究用于超级电容器的电极材料。聚苯胺作为导电高分子的一种，因其具有高掺杂稳定性、导电性好、环境友好性以及高的比容量，常被选作超级电容器理想的电极材料。

虽然聚苯胺具有诸多优点，但由于聚苯胺的分子链易堆积，比表面积减小，导致电荷传输路径受阻，影响其导电性。并且在充放电过程中分子链会发生溶胀或收缩，影响其循环稳定性。很多研究者将其与金属氧化物、石墨烯、碳纳米管等进行复合，以此来提升其电化学性能，然而，这些方法并没有完全解决问题，大多只能使聚苯胺的性能得到部分改善，甚至有的方法提高一方面性能却降低了另一部分性能，如增加了聚苯胺的充放电循环稳定性而降低了其比容量。所以，将聚苯胺作为超级电容器的电极材料还需进一步探索研究。在此，我们提出一种将聚苯胺与具有高孔隙率、高比表面积的金属有机框架化合物（MOF）进行复合，从而构筑具有高比表面积和多电荷传输通道的电极材料。进而制备柔性超级电容器，并对其电化学特性和能量存储特性进行了表征。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种聚苯胺基MOF纳米复合材料柔性超级电容器的制备方法，本发明所制备的超级电容器具有较高的比容量和循环稳定性，且器件在不同角度弯折后能保持较好的电化学特性和稳定性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种聚苯胺基MOF纳米复合材料柔性超级电容器的制备方法，包括以下步骤：

1）首先通过氧化还原快速聚合法制备PANI/UiO-66纳米复合材料，作为电极活性材料；

2）将步骤1）所得的PANI/UiO-66纳米复合材料与乙炔黑、聚偏氟乙烯（PVDF）研磨均匀并超声分散在N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）中形成浆料，通过滴涂的方法将浆料涂在碳纤维布上，形成电极；

3）通过凝胶电解质将两块电极对称的叠在一起，中间用隔膜隔开，并封装，即制备成柔性超级电容器。

步骤1）所述的UiO-66采用溶剂热法合成，所用原料为氯化锆（ZrCl₄）、对苯二甲酸（H₂BDC）、盐酸（HCl）和N,N-二甲基甲酰胺（DMF），120 ℃条件下反应24h并自然冷却；将所得样品用N，N-二甲基甲酰胺（DMF）、甲醇纯化干燥。