一种超级电容器用聚乳酸/聚苯胺导电薄膜的制备方法

一种超级电容器用聚乳酸/聚苯胺导电薄膜的制备方法

技术领域

本发明涉及新型薄膜超级电容器领域，具体涉及聚苯胺原位聚合生长法、聚乳酸为基底的超级电容器材料的制备方法。

背景技术

在众多污染中，白污染尤为突出。各种塑料包装袋，以及生活中常见的塑料购物袋，使用虽然方便，但是废弃后的处理是一项难题，而这些材料基本上都是难降解，对环境有害的。白污染主要有两个特点。一是不能被降解为无害物，二是仅需微量的白塑料就可以产生足够的影响。常见的处理这种白污染的方法有物理法和化学法等。但是这些处理会耗费一定量的人力和物力，如果可以寻一种无污染替代材料会是一个很不错的方法。随着人类环保意识的提高可科技的发展，一种以淀粉为原材料的聚乳酸产生了，这不仅使可降解塑料成为了可能，同时也为新型导电基底提供了可能，那么如何应用是我们需要思考的问题。

电容器产品作为现在科技的发展的产物，已经变为家家户户不可缺少的生活用品，大到各种仪器设备里面使用的，小到一个手表纽扣电池，它出现在我们生活的方方面面。日消耗量的增加也给处理带来了一定的负担，而有的电池的主要导电物质制备的过程麻烦且难以操作，但是原位聚合生长的聚苯胺则省去了这个麻烦，同时采用聚乳酸为基底，可以在短时间内降解为CO2和H2O，达到环保的目的。

所以，相较于其他电容基底材料制备的电容，原位聚合生长法生长在聚乳酸上的聚苯胺超级电容器有以下优点：

(1)淀粉来源广泛，储备量或者说年产量十分可观，以至于十分廉价，成本较低。用淀粉制备的聚乳酸基底，不会造成二次污染，所以用量不需十分严格的控制。

(2)导电材料制备工艺简单，可操作性强。

(3)随着大众环保意识的提高，作为环保产品更易被大众接受和喜爱。

(4)应用广泛，适应新强。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种以聚乳酸为基底原位聚合生长聚苯胺的薄膜电容器的制备方法，制备出来的电容器，电容保持率较高、性能稳定、适合快速充电快速放电的同时还具有环保的特点。且该制备方法工艺简单，反应时间短，节约能源，具有良好的经济和社会效益。

一种一种超级电容器用聚乳酸薄膜的制备方法，制备方法包括以下步骤：

1、将购买来的聚乳酸放置于烘干箱里面除水24h以上；2、取出聚乳酸颗粒压片；3、取出压好的聚乳酸片材裁成合适的片材用于实验；4、将裁好的片材用0.5M的硫酸(也可是0.5M 的盐酸、0.5M对甲苯磺酸、0.5M植酸、以及其中2至4种酸的混合溶液)超声洗涤20min；5、室温干燥、称量；6、在清洗片材的同时制备含有0.1M苯胺的1M硫酸溶液(也可是1M 的盐酸、1M对甲苯磺酸、1M植酸、以及其中2至4种酸的混合溶液)和0.1M-2.0M的APS溶液；7、取出称量好的片材放入编好号的10ml的离心管中置于冰水浴中；8、用移液管在离心管中分别加入2ml的含有0.1M苯胺的硫酸溶液(也可是1M的盐酸、1M对甲苯磺酸、1M植酸、以及其中2至4种酸的混合溶液)；9、用移液管在对应编号的离心管中加入不同浓度的 APS溶液；10、让其在冰水浴中反应1-2h；11、反应结束后取出片材用水和1M硫酸(也可是 1M的盐酸、对甲苯磺酸、植酸、以及其中2至4种酸的混合溶液)冲洗3-5次；12、室温干燥、称重；13、测试。

与现在的技术相比，本发明的优点和技术效果如下：

本发明利用酸刻蚀法清洗并处理聚乳酸材料，对基底材料处理最合适的条件要求是0.5M 酸溶液，20min，原位聚合整体要求冰浴，苯胺减压蒸馏，温度0-5℃，反应时间为1-2h。以原位聚合生长的聚苯胺，操作简单，节省药品，且同时以聚乳酸为基底，整体电容器电容性能良好，制备过程简单，成本低廉，绿环保，易于推广。

本项工作的优势在于：

对聚乳酸基底进行等酸刻蚀处理；采用原位聚合生长法取代传统的先生成再涂敷或者先生成再加工的麻烦；电极片透明、可降解、污染小。

本发明的技术效果如下：

本发明提供了聚苯胺原位聚合生长法、一种聚乳酸为基底的电容器材料的制备方法。

第一阶段先处理基底，第二阶段则是导电材料的原位聚合生长法。

本发明制备的以聚乳酸为基底的电容材料，电容性能良好，制备过程简单，成本低廉，绿环保，易于推广。

附图说明

图1：制备一种超级电容器用聚乳酸/聚苯胺导电薄膜的最佳方法的探索，用循环伏安法表示；图2：不同浓度APS对比产品实物图；图3：三电极体系下以硫酸为主要酸环境制备的样品的循环伏安曲线；图4：三电极体系下以盐酸为主要酸环境制备的样品的循环伏安曲线；图5：三电极体系下以植酸为主要酸环境制备的样品的循环伏安曲线；图6：三电极体系下以对甲苯磺酸为主要酸环境制备的样品的循环伏安曲线。

具体实施方案

以下所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按以上所述而顺畅地实施本发明；但是，凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，可利用以上所揭示的技术内容而作出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

实施例1

1、将购买来的聚乳酸放置于烘干箱里面除水24h以上；2、取出聚乳酸颗粒压片；3、取出压好的聚乳酸片材裁成合适的片材用于实验；4、将裁好的片材用0.5M的硫酸超声洗涤20min；5、室温干燥、称量；6、在清洗片材的同时制备含有0.1M苯胺的1M硫酸溶液和0.3M 的APS溶液；7、取出称量好的片材放入编好号的10ml的离心管中置于冰水浴中；8、用移液管在离心管中分别加入2ml的含有0.1M苯胺的硫酸溶液；9、用移液管在对应编号的离心管中加入0.3M的APS溶液；10、让其在冰水浴中反应1-2h；11、取出片材用水和1M硫酸冲洗3-5次；12、室温干燥、称重、测式。

实施例2

1、将购买来的聚乳酸放置于烘干箱里面除水24h以上；2、取出聚乳酸颗粒压片；3、取出压好的聚乳酸片材裁成合适的片材用于实验；4、将裁好的片材用0.5M的盐酸超声洗涤20min；5、室温干燥、称量；6、在清洗片材的同时制备含有0.1M苯胺的1M盐酸溶液和0.3M 的APS溶液；7、取出称量好的片材放入编好号的10ml的离心管中置于冰水浴中；8、用移液管在离心管中分别加入2ml的含有0.1M苯胺的盐酸溶液；9、用移液管在对应编号的离心管中加入0.3M的APS溶液；10、让其在冰水浴中反应1-2h；11、取出片材用水和1M盐酸冲洗3-5次；12、室温干燥、称重、测式。

实施例3

1、将购买来的聚乳酸放置于烘干箱里面除水24h以上；2、取出聚乳酸颗粒压片；3、取出压好的聚乳酸片材裁成合适的片材用于实验；4、将裁好的片材用0.5M的植酸超声洗涤20min；5、室温干燥、称量；6、在清洗片材的同时制备含有0.1M苯胺的1M植酸溶液和0.3M 的APS溶液；7、取出称量好的片材放入编好号的10ml的离心管中置于冰水浴中；8、用移液管在离心管中分别加入2ml的含有0.1M苯胺的植酸溶液；9、用移液管在对应编号的离心管中加入0.3M的APS溶液；10、让其在冰水浴中反应1-2h；11、取出片材用水和1M植酸冲洗3-5次；12、室温干燥、称重、测式。

实施例4

1、将购买来的聚乳酸放置于烘干箱里面除水24h以上；2、取出聚乳酸颗粒压片；3、取出压好的聚乳酸片材裁成合适的片材用于实验；4、将裁好的片材用0.5M的对甲苯磺酸超声洗涤20min；5、室温干燥、称量；6、在清洗片材的同时制备含有0.1M苯胺的1M对甲苯磺酸溶液和0.3M的APS溶液；7、取出称量好的片材放入编好号的10ml的离心管中置于冰水浴中；8、用移液管在离心管中分别加入2ml的含有0.1M苯胺的对甲苯磺酸溶液；9、用移液管在对应编号的离心管中加入0.3M的APS溶液；10、让其在冰水浴中反应1-2h；11、取出片材用水和1M对甲苯磺酸冲洗3-5次；12、室温干燥、称重、测式。

本发明的相关检测：

本发明中不同的实施例测试在电化学工作站完成，在所有实施例中都以1M的H2SO4为液体环境，以铂丝为对电级，Hg/HgSO4为参比电级，原位聚合生长的PLA-PANI薄膜为工作电极，采用-0.4V-0.4V的电压窗口对薄膜进行测试。

对于以上实施例制备得到的超级电容器样品进行电化学性能测试，结果如下表：

表1智能薄膜超级电容器的比电容值及循环稳定性

项目 100mV扫速下面积比电容值(mF/cm²) 实施例1 8.984 实施例2 1.057 实施例3 1.599 实施例4 1.210

从图一d插图中可以看出APS的最佳浓度为0.3M，所以在实施例1和实施例2种选用最佳APS浓度为0.3M；同样从图一可以看出事件对本实验的影响不是很明显，所以选择较短的时间得到较好的结果以达到节省时间的目的。

从图二中可直观看到不同浓度APS对产品颜的影响，从样品颜上可直接观察到 0.3MAPS浓度最佳。

从图三可以看出在实施例1中的结果，得到的电极薄片样品整体的电容性较好，而且具有优异的倍率性能。

从图四可以看出在实施例2中的结果，得到的电极薄片样品整体的电容性较好，而且具有优异的倍率性能，但是相较于实施例1中差一点。

从图五可以看出在实施例3中的结果，得到的电极薄片样品整体的电容性较好，而且具有优异的倍率性能，但是相较于实施例1中差一点。

从图六可以看出在实施中例4中的结果，得到的电极薄片样品整体的电容性较好，而且具有优异的倍率性能，但是相较于实施例1中差一点。

从表一结果可以看出，本发明提供的制备方法成功的由环保的聚乳酸材料出发对其形貌进行改变，结合导电高分子聚苯胺，采用原位聚合生长的方法制备的新型、智能、环保且透明的薄膜超级电容器，在不同的实施例中比电容分别达到了8.984mF/cm2、1.057mF/cm2、 1.599mF/cm2与1.210mF/cm2。在本发明开发过程研究人员发现，本发明中引发剂过硫酸铵对聚苯胺原位生长过程中性能影响显著，也是提高其生长主要导电材料的关键。

综上所述，本发明提供的制备方法得到的智能、环保、透明的薄膜型超级电容器，制作工艺简单，反应时间短，具有良好的电容性能，扩大了其应用范围，并提升了经济效益。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例所公开的内容。