新材料及其应用

本发明公开了一种利用多孔碳聚苯胺制备耐高压电极材料的方法，包括制备羟基化多孔碳、制备羟基化多孔碳/聚苯胺复合材料、制备成电极片以及进行电化学性能测试。本发明的有益效果是：以小麦粉为碳源，氢氧化钾(KOH)，尿素为原料，其中氢氧化钾为活化剂，经高温碳化‑酸处理的方法得到氮掺杂的羟基化多孔碳为前驱体，然后通过原位聚合方法制备羟基化多孔碳/聚苯胺复合材料；本发明制备出的聚苯胺包覆羟基化多孔碳的复合材料，具有导电性能优异、比表面积大、物理化学性质稳定的优点，可作为具有超高电压窗口的水系超级电容器的电极材料。

近年来，随着人们日益提高的生活水平以及工业发展对石油的依赖，全球石油储量下降的问题与全球气候变暖的问题越发突出，寻求一种清洁和再生新能源或技术显得至关重要。为了应对能源危机和环境恶化问题，科学家们广泛关注和发展太阳能、潮汐能、地热能等一次能源和电化学能等二次能源。而锂电子电池、传统电容器和超级电容器是常用电化学储能设备，其中超级电容器是目前极具应用前景的电化学储能技术之一，其作为一种桥接传统电容器和二次电池的一种储能装置，超级电容器具有功率密度高，充电速度快，循环使用寿命长，适用温度范围广，贮存寿命长，绿色环保，维护成本低等优点。

当前，超级电容器较低的能量密度是限制其发展和应用的最大缺点，因此，在不损2失功率密度的前提下提升能量密度成为研究难点。又由公式：能量密度(E＝(CAsc×ΔV)/7.2，wh/kg)，功率密度(P＝3600E/△t，w/kg)可知，提高超级电容器能量密度的方法有两种：一是提高电极活性材料的比电容；二是拓宽超级电容器的电化学窗口。聚苯胺是常用的超级电容器的电极材料，聚苯胺具有成本低廉，制备简单，比表面积大等优点，但是大多数聚苯胺的电压窗口都比较低，单电极电压窗口一般为0～1V，与碳材料组装后的非对称电压窗口一般≤1.7V。

本发明的有益效果是：该利用羟基化多孔碳/聚苯胺制备高压水系超级电容器电极材料的方法设计合理：

1.在制备羟基化多孔碳/聚苯胺时，酸处理可以使碳表面粗糙化，因而增加的反应活性位点、提高有效接触表面积，苯胺单体能够更好地分散在多孔碳材料表面，并在其稳固表面原位生长聚苯胺；

2.酸处理可以使多孔碳具有更多的亲水官能团(如：‑COOH、‑OH)，而得到羟基化多孔碳，从而提高其亲水性，在电解液中能具有更好的浸润性。大量的‑COOH、‑OH等含氧官能团在电极充放电过程中易发生氧化还原反应而产生法拉第准电容，因而大幅提高样品的比电容；

3.相比于使用金属氧化物作为超级电容器的电极材料，本方法制备的羟基化多孔碳/聚苯胺复合材料具有工艺简单、造价较为低廉，还有着循环性能以及倍率性能更为优异的优势，使碳复合材料能在安全绿色的水系电解液达到高电压窗口2.0V，是一种高性价比的理想电极材料。