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专利号: 2017107995743
申请人: 陕西科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-04-09
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种聚苯胺基MOF纳米复合材料柔性超级电容器的制备方法,其特征在于,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;

步骤1)所述的PANI/UiO-66纳米复合材料的复合方法是采用快速化学原位聚合法,苯胺单体浓度为0.05-5 mol/L,UiO-66占苯胺单体质量分数为10-50%;先将苯胺与UiO-66在三口烧瓶中混合超声并减压抽真空震荡15 min,再将苯胺二聚体用少量乙醇溶解加入三口烧瓶中继续超声震荡数分钟,随后加入盐酸搅拌均匀后超声10min,同时称量过硫酸铵溶于盐酸中,将二者同时预冷20min,然后将过硫酸铵盐酸溶液快速倒入苯胺溶液中,室温快速搅拌反应30min;之后用无水乙醇和去离子水纯化烘干即得产物;

步骤2)中,按质量比,PANI/UiO-66纳米复合材料:乙炔黑:聚偏氟乙烯(PVDF)=8 8.5:~

1:0.5 1,配置的浆料浓度为10mg/mL,碳布总面积和有效涂覆面积随具体使用情况而调节;

~

所述的步骤3)具体通过以下方法实现:

将制备好的两片电极浸入到聚乙烯醇/硫酸(PVA/H2SO4)溶液中,同时将隔膜也浸入到其中,浸泡1h后取出电极,在通风橱下放置,当凝胶电解质水分干到70%-80%时,在两电极之间放入隔膜,面对面进行组装,组装后用0.1Mpa的力压制10s;最后用PET薄膜对所制备的器件进行封装,即得目标物。

2.根据权利要求1所述的一种聚苯胺基MOF纳米复合材料柔性超级电容器的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

1)UiO-66的制备:氯化锆(ZrCl4)溶于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中,超声搅拌5min后,将对苯二甲酸(H2BDC)加入,并超声震荡5min;随后加入盐酸(HCl),混合均匀后移入水热反应釜中,120℃条件下反应24h并自然冷却;将所得样品用DMF、甲醇纯化,并于烘箱60℃干燥一晚;

2)电极材料PANI/UiO-66的制备:先将0.2mol/L苯胺与占苯胺单体质量分数10%的UiO-

66在三口烧瓶中混合超声并抽真空震荡15 min,再将苯胺二聚体用少量乙醇溶解加入三口烧瓶中继续超声震荡数分钟,随后加入盐酸搅拌均匀后超声10min,同时称量过硫酸铵溶于盐酸中,将二者同时预冷20min,然后将过硫酸铵盐酸溶液快速倒入苯胺溶液中,快速搅拌反应30min;之后用无水乙醇和去离子水纯化烘干即得产物;

3)电极的制备:采用面积为1×2cm2的亲水碳布作为集流体,将电极材料制成浆料涂覆在碳布上制成电极;其中,Mani:M乙炔黑:Mpvdf=8.5:1:0.5;先将PVDF溶于NMP中,超声10min,然后将乙炔黑加入超声10min,再将称量好的PANI/UiO-66加入超声30min,充分混合均匀后,将浆料滴涂到碳布上,涂覆面积为1×1cm2,载荷量为0.5mg/cm2,85℃条件下干燥若干小时;

且所述电极在电流密度为1A/g时,比容量最高可达到731F/g;

4)超级电容器的制备:先将聚乙烯醇(PVA)和浓硫酸(H2SO4)在85℃条件下用去离子水搅拌溶解直至溶液变清澈;将制备好的两片电极浸入到聚乙烯醇/硫酸(PVA/H2SO4)溶液中,同时将隔膜也浸入到其中,浸泡1h后取出电极,在通风橱下室温放置一段时间,当凝胶电解质水分干到70%时,在两电极之间放入隔膜,面对面进行组装,组装后用0.1Mpa的力压制

10s;最后用PET薄膜对所制备的器件进行封装,即得聚苯胺基MOF复合材料柔性超级电容器。

3.根据权利要求1所述的一种聚苯胺基MOF纳米复合材料柔性超级电容器的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

1)电极材料PANI/UiO-66的制备:先将0.2mol/L苯胺与占苯胺单体质量分数30%的UiO-

66在三口烧瓶中混合超声并抽真空震荡15 min,再将苯胺二聚体用少量乙醇溶解加入三口烧瓶中继续超声震荡数分钟,随后加入盐酸搅拌均匀后超声10min,同时称量过硫酸铵溶于盐酸中,将二者同时预冷20min,然后将过硫酸铵盐酸溶液快速倒入苯胺溶液中,快速搅拌反应30min;之后用无水乙醇和去离子水纯化烘干即得产物;

2)电极的制备:采用面积为1×2cm2的亲水碳布作为集流体,将电极材料制成浆料涂覆在碳布上制成电极;其中, Mani:M乙炔黑:Mpvdf =8.5:1:0.5;先将PVDF溶于NMP中,超声10min,然后将乙炔黑加入超声10min,再将称量好的PANI/UiO-66纳米复合材料加入超声30min,充分混合均匀后,将浆料滴涂到碳布上,涂覆面积为1×1cm2,载荷量为0.25mg/cm2,85℃条件下干燥若干小时;且所述电极在电流密度为0.5 A/g时,比容量最高可达到1015F/g;

3)超级电容器的制备:先将聚乙烯醇(PVA)和浓硫酸(H2SO4)在85℃条件下用去离子水搅拌溶解直至溶液变清澈;将步骤2)制备好的两片电极浸入到聚乙烯醇/硫酸(PVA/H2SO4)溶液中,同时将隔膜也浸入到其中,浸泡1h后取出电极,在通风橱下室温放置一段时间,当凝胶电解质水分干到70%时,在两电极之间放入隔膜,面对面进行组装,组装后用0.1Mpa的力压制10s;最后用PET薄膜对所制备的器件进行封装,即得聚苯胺基MOF复合材料柔性超级电容器。

4.根据权利要求1所述的一种聚苯胺基MOF纳米复合材料柔性超级电容器的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

1)电极材料PANI/UiO-66的制备:先将0.2mol/L苯胺与占苯胺单体质量分数50%的UiO-

66在三口烧瓶中混合超声并抽真空震荡15min,再将苯胺二聚体用少量乙醇溶解加入三口烧瓶中继续超声震荡数分钟,随后加入盐酸搅拌均匀后超声10min,同时称量过硫酸铵溶于盐酸中,将二者同时预冷20min,然后将过硫酸铵盐酸溶液快速倒入苯胺溶液中,快速搅拌反应30min;之后用无水乙醇和去离子水纯化烘干即得产物;

2

2)电极的制备:采用面积为1×2cm的亲水碳布作为集流体,将电极材料制成浆料涂覆在碳布上制成电极;其中,Mani:M乙炔黑:Mpvdf=8.5:1:0.5;先将PVDF溶于NMP中,超声10min,然后将乙炔黑加入超声10min,再将称量好的PANI/UiO-66加入超声30min,充分混合均匀后,将浆料滴涂到碳布上,涂覆面积为1×1cm2,载荷量为0.5mg/cm2,85℃条件下干燥若干小时;

且所述电极在电流密度为1 A/g时,比容量最高可达到590F/g;

3)超级电容器的制备:先将聚乙烯醇(PVA)和浓硫酸(H2SO4)在85℃条件下用去离子水搅拌溶解直至溶液变清澈;将制备好的两片电极浸入到聚乙烯醇/硫酸(PVA/H2SO4)溶液中,同时将隔膜也浸入到其中,浸泡1h后取出电极,在通风橱下室温放置一段时间,当凝胶电解质水分干到70%时,在两电极之间放入隔膜,面对面进行组装,组装后用0.1Mpa的力压制

10s;最后用PET薄膜对所制备的器件进行封装,即得聚苯胺基MOF复合材料柔性超级电容器。

5.根据权利要求1所述的一种聚苯胺基MOF纳米复合材料柔性超级电容器的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

1)电极材料PANI/UiO-66的制备:先将0.05 mol/L苯胺与占苯胺单体质量分数20%的UiO-66在三口烧瓶中混合超声并抽真空震荡15min,再将苯胺二聚体用少量乙醇溶解加入三口烧瓶中继续超声震荡数分钟,随后加入盐酸搅拌均匀后超声10min,同时称量过硫酸铵溶于盐酸中,将二者同时预冷20min,然后将过硫酸铵盐酸溶液快速倒入苯胺溶液中,快速搅拌反应30min;之后用无水乙醇和去离子水纯化烘干即得产物;

2

2)电极的制备:采用面积为1×2cm的亲水碳布作为集流体,将电极材料制成浆料涂覆在碳布上制成电极;其中,Mani :M乙炔黑:Mpvdf=8.5:1:0.5;先将PVDF溶于NMP中,超声10min,然后将乙炔黑加入超声10min,再将称量好的PANI/UiO-66加入超声30min,充分混合均匀后,将浆料滴涂到碳布上,涂覆面积为1×1cm2,载荷量为0.5mg/cm2,85℃条件下干燥若干小时;

且所述电极在电流密度为1A/g时,比容量最高可达到303F/g;

3)超级电容器的制备:先将聚乙烯醇(PVA)和浓硫酸(H2SO4)在85℃条件下用去离子水搅拌溶解直至溶液变清澈;将制备好的两片电极浸入到聚乙烯醇/硫酸(PVA/H2SO4)溶液中,同时将隔膜也浸入到其中,浸泡1h后取出电极,在通风橱下室温放置一段时间,待当凝胶电解质水分干到70%时,在两电极之间放入隔膜,面对面进行组装,组装后用0.1Mpa的力压制

10s;最后用PET薄膜对所制备的器件进行封装,即得聚苯胺基MOF复合材料柔性超级电容器。

6.根据权利要求1所述的一种聚苯胺基MOF纳米复合材料柔性超级电容器的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

1)电极材料PANI/UiO-66的制备:先将0.5mol/L苯胺与占苯胺单体质量分数20%的UiO-

66在三口烧瓶中混合超声并抽真空震荡15 min,再将苯胺二聚体用少量乙醇溶解加入三口烧瓶中继续超声震荡数分钟,随后加入盐酸搅拌均匀后超声10min,同时称量过硫酸铵溶于盐酸中,将二者同时预冷20min,然后将过硫酸铵盐酸溶液快速倒入苯胺溶液中,快速搅拌反应30min;之后用无水乙醇和去离子水纯化烘干即得产物;

2)电极的制备:采用面积为1×2cm2的亲水碳布作为集流体,将电极材料制成浆料涂覆在碳布上制成电极;其中,Mani:M乙炔黑:Mpvdf=8.5:1:0.51;先将PVDF溶于NMP中,超声10min,然后将乙炔黑加入超声10min,再将称量好的PANI/UiO-66加入超声30min,充分混合均匀后,

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将浆料滴涂到碳布上,涂覆面积为1×1cm ,载荷量为0.5mg/cm ,85℃条件下干燥若干小时;

且所述电极在电流密度为1A/g时,比容量最高可达到700F/g;

3)超级电容器的制备:先将聚乙烯醇(PVA)和浓硫酸(H2SO4)在85℃条件下用去离子水搅拌溶解直至溶液变清澈;将制备好的两片电极浸入到聚乙烯醇/硫酸(PVA/H2SO4)溶液中,同时将隔膜也浸入到其中,浸泡1h后取出电极,在通风橱下室温放置一段时间,当凝胶电解质水分干到70%时,在两电极之间放入隔膜,面对面进行组装,组装后用0.1Mpa的力压制10s;

最后用PET薄膜对所制备的器件进行封装,即得聚苯胺基MOF复合材料柔性超级电容器。