[发明专利]一种用于软包超级电容器的超亲水聚吡咯均膜及其制备方法和应用

说明书

本发明属于新能源技术领域，具体涉及一种用于软包超级电容器的超亲水聚吡咯均膜及其制备方法和应用。所述超亲水聚吡咯均膜制备方法包括如下步骤：将碳纸依次置于碳酸钾溶液、硝酸钾溶液和氯化钾溶液中，在三种溶液中分别使用电化学方法将厚的碳纸剥离相互分离但顶部连接的薄层结构，然后冷冻干燥获得用于沉积聚吡咯的基底，标记为FEG；将0.2mol的吡咯单体溶于25ml硫酸溶液中，使用脉冲沉积的方式将吡咯沉积在基底上，即可获得超亲水的聚吡咯均膜。发明通过对基底和沉积方式的调控制备出的超亲水性聚吡咯均膜，应用于超级电容器展现出优异的电化学性能。

技术领域

本发明属于新能源技术领域，具体涉及一种用于软包超级电容器的超亲水聚吡咯均膜及其制备方法和应用。

背景技术

环境的恶化和能源的枯竭严重制约着社会的发展，竭力发展清洁能源，努力实现碳中和的目标已经成为全人类的共识，因此开发各种新型清洁能源并且提高能源的转存技术成为当前各国科研工作者的首要任务。电池和超级电容器由于其独特的优点逐渐成为目前市场上主流的储能设备，这些储能设备大多使用有机电解液以拓宽工作电压，提高能量密度，但是由此而引起的起火、爆炸等事故频繁发生，给人们的安全带来了极大的隐患，因此发展安全高效的水系储能技术对于未来的发展极为重要。

水系储能设备对电极材料的亲水性具有很高的要求，良好的亲水性有利于电极和电解液的充分接触，对于提高电解液离子在材料内部的迁移速率，改善材料的电容性能起到了重要的作用。聚吡咯由于导电性好、易于合成，具备良好的氧化还原特性等优点成为超级电容器的一类重要电极材料，良好的亲水性对于提高聚吡咯基水系超级电容器的整体电化学性能，加快其商业化应用尤为重要。CN101550239A公开了一种具有超亲水性的聚吡咯微/纳米多级结构的制备方法，该方法利用两步电化学法，即第一步先制备出具有一定微米结构的聚吡咯，第二步采用淀粉形貌诱导剂在微米结构表面电化学合成聚吡咯纳米线，得益于这种多级结构带来的空隙，使得聚吡咯表现出良好的超亲水性。但是这种具有复杂纳米结构的聚吡咯不利于大面积制备，并且单位面积的载量有限，难以实际应用。另外CN101550239A认为超亲水的聚吡咯微/纳米多级结构在微纳米器件领域具有很大的潜力，但是并没有进行实际的系统研究，其作为活性材料在应用时可能会有不理想的情况出现。因此通过对基底和沉积方式的整体把控，实现可面积制备的超亲水性聚吡咯膜用于成品超级电容器是非常必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种可面积制备的超亲水聚吡咯均膜及其在水系软包超级电容器的应用。通过对沉积基底和沉积方式的精心设计，制备出一种超亲水的聚吡咯均膜，组装成水系软包超级电容器，兼具较高能量密度、功率密度、优异的循环寿命和安全特性等优点，为制备可商业化应用的导电聚合物基电极材料提供了一种有效的方法。

为实现上述目的，本发明提供一种用于软包超级电容器的超亲水聚吡咯均膜，制备方法包括如下步骤：

(1)将碳纸依次置于碳酸钾溶液、硝酸钾溶液和氯化钾溶液中，在三种溶液中分别使用电化学方法将厚的碳纸剥离相互分离但顶部连接的薄层结构，然后冷冻干燥获得用于沉积聚吡咯的基底，标记为FEG；

(2)将0.2mol的吡咯单体溶于25ml硫酸溶液中，使用脉冲沉积的方式将吡咯沉积在基底上，即可获得超亲水的聚吡咯均膜，标记为PP-PPy/FEG。

上述的一种用于软包超级电容器的超亲水聚吡咯均膜，所述的碳酸钾溶液的浓度为0.5mol/L，硝酸钾的浓度为0.5mol/L，氯化钾的浓度为3mol/L。

上述的一种用于软包超级电容器的超亲水聚吡咯均膜，步骤(1)中，在碳酸钾溶液中使用循环伏安的方式运行8次，扫描速度为20mV/s，电压范围为0.6V～1.8V。

上述的一种用于软包超级电容器的超亲水聚吡咯均膜，步骤(1)中，在硝酸钾溶液中使用恒电压方式运行140min，电压保持在1.9V。