一種制造多層復(fù)合電極薄膜的方法
【專利說明】一種制造多層復(fù)合電極薄膜的方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及電子材料及超級電容器技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種制造多層復(fù)合電極薄膜的方法。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]隨著社會進步、人民生活水平不斷提高，能源危機和環(huán)境保護等問題變得日益突出，開發(fā)新型能源、發(fā)展新型儲能設(shè)施成為我們必須解決的問題。超級電容器作為一種能量密度高、循環(huán)壽命長和安全性高的新型儲能裝置受到各國的重視。超級電容器又稱電化學(xué)電容器，其電極材料是最為關(guān)鍵部分，也是決定其性能的主要因素，因此開發(fā)具有優(yōu)異性能的電極材料是超級電容器研究的核心問題。
[0005]導(dǎo)電聚合物是一類重要的超級電容器電極材料，其電容主要來自于法拉第贗電容。目前應(yīng)用于超級電容器電極材料的導(dǎo)電聚合物主要有聚啦略(polypyrrole)、聚苯胺(polyaniline)、聚噻吩(polyth1phene)及其衍生物等。石墨稀由于其在電解液中有良好的電化學(xué)穩(wěn)定性、電導(dǎo)率高和充放電快速等優(yōu)點在電化學(xué)電容器方面得到了廣泛研究。石墨烯及其復(fù)合材料應(yīng)用于超級電容器領(lǐng)域，利用其非常大的比表面積和高的導(dǎo)電率，可作為新一代超級電容器電極材料。
[0006]為得到高比容、高導(dǎo)電率、穩(wěn)定性好的超級電容器電極，可制備導(dǎo)電聚合物/石墨烯復(fù)合電極材料。但是，傳統(tǒng)的導(dǎo)電聚合物/石墨烯復(fù)合材料通常采用化學(xué)方法，其所成薄膜會有較多雜質(zhì)殘留，致使復(fù)合材料純度不高，穩(wěn)定性不好，對超級電容器電極的電容充放電容量保持率、使用壽命等都有很大影響。
[0007]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的之一是提供一種工藝簡單、操作流程可控、時間短、成本低廉、效率高、成膜穩(wěn)定性好的制造多層復(fù)合電極薄膜的方法。
[0009]本發(fā)明公開的技術(shù)方案包括:
提供了一種制造多層復(fù)合電極薄膜的方法，其特征在于，包括:將第一導(dǎo)電離子鹽、氧化石墨烯和第一導(dǎo)電聚合物單體溶于去離子水中，獲得第一電解液；將基片置于所述第一電解液中，在所述基片上電化學(xué)沉積形成導(dǎo)電聚合物/石墨烯復(fù)合薄膜；將第二導(dǎo)電離子鹽和第二導(dǎo)電聚合物單體溶于去離子水中，獲得第二電解液；將形成了所述導(dǎo)電聚合物/石墨烯復(fù)合薄膜的基片置于所述第二電解液中進行電化學(xué)聚合，在所述導(dǎo)電聚合物/石墨烯復(fù)合薄膜上形成導(dǎo)電聚合物層，獲得導(dǎo)電聚合物/石墨烯/導(dǎo)電聚合物復(fù)合薄膜；將氧化石墨烯分散于緩沖劑溶液中，獲得第三電解液；將形成了所述導(dǎo)電聚合物/石墨烯/導(dǎo)電聚合物復(fù)合薄膜的基片置于所述第三電解液中進行電化學(xué)還原，在所述導(dǎo)電聚合物/石墨烯/導(dǎo)電聚合物復(fù)合薄膜上形成石墨烯層，獲得導(dǎo)電聚合物/石墨烯/導(dǎo)電聚合物/石墨烯多層復(fù)合薄膜。
[0010]本發(fā)明的一個實施例中，所述第一導(dǎo)電離子鹽是高氯酸鹽、氯化鈉或者磷酸鹽，所述第一導(dǎo)電聚合物單體是苯胺、噻吩或者吡咯。
[0011 ] 本發(fā)明的一個實施例中，所述第二導(dǎo)電離子鹽是高氯酸鹽、氯化鈉或者磷酸鹽，所述第二導(dǎo)電聚合物單體是苯胺、噻吩或者吡咯。
[0012]本發(fā)明的一個實施例中，所述第一電解液中，氧化石墨烯的濃度為0.1至2毫克/毫升，第一導(dǎo)電離子鹽的濃度為0.2至I摩爾/升，第一導(dǎo)電離子鹽與第一導(dǎo)電聚合物單體的摩爾比為1:0.5至1:1。
[0013]本發(fā)明的一個實施例中，在所述基片上電化學(xué)沉積形成導(dǎo)電聚合物/石墨烯復(fù)合薄膜包括:使用循環(huán)伏安法在所述基片上電化學(xué)沉積形成導(dǎo)電聚合物/石墨烯復(fù)合薄膜，其中聚合電位為-1至1.6伏特，掃描速率為0.05-0.1伏特/秒。
[0014]本發(fā)明的一個實施例中，所述第二電解液中，第二導(dǎo)電離子鹽和第二導(dǎo)電聚合物單體的摩爾比為1: 0.5至1:1。
[0015]本發(fā)明的一個實施例中，將形成了所述導(dǎo)電聚合物/石墨烯復(fù)合薄膜的基片置于所述第二電解液中進行電化學(xué)聚合包括:使用循環(huán)伏安法或者恒電位法對置于所述第二電解液中的形成了所述導(dǎo)電聚合物/石墨烯復(fù)合薄膜的基片進行電化學(xué)聚合，從而在所述導(dǎo)電聚合物/石墨烯復(fù)合薄膜上形成導(dǎo)電聚合物層，其中，所述循環(huán)伏安法中，聚合電位為0-1.6伏特，掃描速率為0.05-0.1伏特/秒；所述的恒電位法中，聚合電位為1.2-1.4伏特，掃描速率為0.05-0.1伏特/秒。
[0016]本發(fā)明的一個實施例中，所述緩沖劑溶液為磷酸氫二鈉和/或磷酸二氫鈉的去離子水溶液。
[0017]本發(fā)明的一個實施例中，所述第三電解液中，磷酸根的濃度為10至300毫摩爾/升，氧化石墨稀的濃度為0.1至2暈克/暈升。
[0018]本發(fā)明的一個實施例中，將形成了所述導(dǎo)電聚合物/石墨烯/導(dǎo)電聚合物復(fù)合薄膜的基片置于所述第三電解液中進行電化學(xué)還原包括:使用循環(huán)伏安法或者恒電位法對置于所述第三電解液中的形成了所述導(dǎo)電聚合物/石墨烯/導(dǎo)電聚合物復(fù)合薄膜的基片進行電化學(xué)還原，從而在所述導(dǎo)電聚合物/石墨烯/導(dǎo)電聚合物復(fù)合薄膜上形成石墨烯層，其中，所述循環(huán)伏安法中，聚合電位為-1.5至O伏特，掃描速率為0.05-0.1伏特/秒。所述的恒電位法中，聚合電位為-1.2至-0.7伏特，掃描速率為0.05-0.1伏特/秒。
[0019]本發(fā)明的實施例中的方法工藝簡單，操作流程可控，時間短，成本低廉，效率高，綠色環(huán)保，所制的多層復(fù)合電極薄膜具有電容高，循環(huán)穩(wěn)定性好等優(yōu)點，適宜用作超級電容器電極材料。
[0020]
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明一個實施例的制造多層復(fù)合電極薄膜的方法的流程示意圖。
[0022]
【具體實施方式】
[0023]下面將結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的實施例的制造多層復(fù)合電極薄膜的方法的具體步驟。
[0024]圖1為本發(fā)明一個實施例的制造多層復(fù)合電極薄膜的方法的流程示意圖。
[0025]如圖1所示，在步驟10中，可以制備第一電解液。例如，一些實施例中，可以將第一導(dǎo)電離子鹽、氧化石墨烯和第一導(dǎo)電聚合物單體溶于去離子水中，從而獲得第一電解液。
[0026]本發(fā)明的一些實施例中，第一導(dǎo)電離子鹽可以是高氯酸鹽、氯化鈉或者磷酸鹽等等。第一導(dǎo)電聚合物單體可以是苯胺、噻吩或者吡咯等等。
[0027]本發(fā)明的一些實施例中，第一電解液中，氧化石墨烯的濃度可以為0.1至2毫克/毫升(mg/ml )，第一導(dǎo)電離子鹽的濃度可以為0.2至I摩爾/升(mol/1 )，第一導(dǎo)電離子鹽與第一導(dǎo)電聚合物單體的摩爾比可以為1:0.5至1:1。
[0028]獲得了第一電解液之后，在步驟20中，可以將基片置于該第一電解液中，在該基片上電化學(xué)沉積形成導(dǎo)電聚合物/石墨烯復(fù)合薄膜。
[0029]本發(fā)明的一些實施例中，基片可以是任何適合的基片，例如，一些實施例中，基片可以是氧化銦錫(ITO)玻璃。
[0030]本發(fā)明的一些實施例中，可以首先清洗基片，然后將清洗后的基片置于第一電解液中。然后，例如使用循環(huán)伏安法在該基片上電化學(xué)沉積形成導(dǎo)電聚合物/石墨烯復(fù)合薄膜。
[0031]例如，一些實施例中，在第一電解液中，可以以ITO玻璃為工作電極，鉑片電極為對電級，Ag/AgCl為參比電極，通過電化學(xué)工作站用循環(huán)伏安法進行電化學(xué)沉積，從而在基片上獲得導(dǎo)電聚合物/石墨烯復(fù)合薄膜。在該循環(huán)伏安法中，聚合電位可以為-1至1.6伏特，掃描速率可以為0.05-0.1伏特/秒，循環(huán)次數(shù)可以根據(jù)實際需要確定，例如，一個實施例中，循環(huán)次數(shù)可以為10次。
[0032]在步驟30中，可以制備第二電解液。例如，一些實施例中，可以將第二導(dǎo)電離子鹽和第二導(dǎo)電聚合物單體溶于去離子水中，從而獲得第二電解液。
[0033]本發(fā)明的一些實施例中，第二導(dǎo)電離子鹽可以是高氯酸鹽、氯化鈉或者磷酸鹽等等。第二導(dǎo)電聚合物單體可以是苯胺、噻吩或