[发明专利]一种三维多孔四氧化锰/聚苯胺复合凝胶电极的制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种三维多孔四氧化锰/聚苯胺复合凝胶电极的制备方法及应用。利用TPPS作为交联剂与掺杂剂，通过TPPS分子中的多元磺酸基团的掺杂来提高聚苯胺凝胶的导电性。同时，TPPS分子的大共轭结构可提高分子的刚性，制备的聚苯胺凝胶网络更加的稳定。制备出的电极材料具有类似于钢筋混凝土的表面形貌结构，结构稳定并具有三维多孔结构，提供了优良的导电性和较高的能量密度。该电极材料可用于制备超级电容器，具有能量密度高，结构稳定，导电性优良等优点。

技术领域

本发明涉及电极材料领域，具体地说，涉及一种高性能三维多孔电极材料的制备与应用。特别是涉及一种三维多孔四氧化锰/聚苯胺复合凝胶电极的制备方法及应用。

背景技术

超级电容器作为一种绿色的储能器件，具有功率密度高以及绿色环保、安全、易维护、使用温度范围广等优点，因而在新能源领域受到广泛的关注。锰氧化物由于理论容量高、价格低、无污染等而被视为十分有潜力的超级电容器的电极材料。其中，四氧化三锰由于储量丰富、常温下稳定，微观结构可控，成为了研究的热点。但是四氧化三锰导电性差严重制约了其电化学性能，因此提高四氧化三锰的导电性与稳定性具有十分重要的意义。

导电聚合物凝胶是一类兼具凝胶和有机导体优异性能的聚合物材料。同时，导电聚合物凝胶中的微纳米孔隙和分子链间固有的溶胀特性，非常利于离子和分子的快速传输，具有较快的电化学反应速率。目前，合成导电聚合物凝胶通常是将单体加入到非导电凝胶基体中聚合而成，或者通过将凝胶成分与导电聚合物共混制得。这种方式合成的导电聚合物凝胶常含有大量非导电成分，凝胶溶胀时导电聚合物易与凝胶基体分离，电导率和稳定性较差，难以满足新型电极的使用要求。基于此，制备一种新型的导电聚合物凝胶，并将其与四氧化三锰复合，既能改善其导电性，又能通过凝胶提供优良的结构稳定性，因此设计一种将导电聚合物凝胶和四氧化三锰有机复合，并具有优异电化学性能的制备方案十分重要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有如图1所示类似于钢筋混凝土结构的表面形貌，以增强材料导电性和结构稳定性，该电极材料可用于制备超级电容器，具有能量密度高，结构稳定，导电性优良等优点。

本发明的技术目的是通过以下技术方案实现的：

一种三维多孔四氧化锰/聚苯胺(Mn₃O₄/PANi)复合凝胶电极的制备方法及法，包括如下步骤：

1)取苯胺单体和TPPS溶于蒸馏水中形成溶液A，将过硫酸铵溶于蒸馏水中形成溶液B；在冰水浴下将溶液B倒入溶液磁力搅拌，然后静置反应生成凝胶，然后将产物于蒸馏水和乙醇中浸泡洗涤除去杂质，最后将产物冷冻干燥；

2)取氯化锰分散于乙醇胺中，超声分散形成锰-乙醇胺的络合物前驱体；将离心分离得到的沉淀洗涤至pH值6～7，将其加入蒸馏水中180-200℃下水热；将产物用蒸馏水洗涤，冷冻干燥制得Mn₃O₄纳米棒；

3)将制备的Mn₃O₄纳米棒分散于蒸馏水中超声分散；加入TPPS和过硫酸铵并搅拌均匀，静置生成墨绿色粘稠状产物；反应结束后加入蒸馏水反复清洗，除去杂质，最后冻干得到Mn₃O₄/PANi复合凝胶。

所述溶液A浓度范围0.3-0.5M。

所述溶液B浓度范围0.6-1M。

所述溶液B和溶液A的质量比为2:1。

所述冰水浴下溶液B倒入溶液磁力搅拌30-60s，然后静置10-12h反应生成凝胶。

所述氯化锰分散于乙醇胺中浓度为0.1-0.5M。

所述Mn₃O₄纳米棒分散于蒸馏水中超声分散30–60min。