将导电纳米颗粒材料集成到导电交联聚合物膜中的方法与流程

将导电纳米颗粒材料集成到导电交联聚合物膜中的方法
发明领域
1.本发明涉及集成聚合物材料，以及它们作为超级电容器中组件的用途。
2.发明背景
3.传统电容器提供了一种储存电能的方法。通常，传统电容器由通过介电材料隔开的一对导电板(从而充当一对电极)组成。介电材料通常具有低导电性，但可以被电场极化。因此，当电极经历电位差时，会在介电材料上产生电场，从而可以储存电能。然而，传统电容器实现的最大电容值使得电能存储容量通常低于电化学电池的容量。
4.同时，与传统电容器相比，超级电容器实现了显著更高的电容值，因此提供了提高的能量存储容量。超级电容器通常由两个电极和位于其间的电解质组分组成。该电解质组分通常是离子导电的(因此这与传统电容器的介电组分的性质形成对比，如提及的，传统电容器通常是低导电性的)。在超级电容器内，电能主要通过两种原理储存：静电电容(由于电解质组分内的电荷分布)和电化学电容(由于电解质与电极之间的可逆氧化还原(氧还)反应产生的电能)；在超级电容器内，可以通过这两个原理之一或两者来存储能量。有多种不同类型的超级电容器系统，包括双层超级电容器、赝电容超级电容器和混合超级电容器。双层超级电容器通常包括成本相对较低的碳电极。双层超级电容器的电容主要是静电电容。同时，赝电容超级电容器包含成本相对较高的电极，这些电极能够与电解质一起进行氧化还原反应。这种氧化还原活性电极可以包括例如钌或钒。因此，赝电容超级电容器的电容通过电化学电容增加(或扩大)。混合超级电容器包括具有不同特性的电极的组合，并且可以例如包括一个碳电极和一个能够与电解质发生氧化还原反应的电极。因此，混合超级电容器的电容是静电电容和电化学电容的组合。
5.增加超级电容器的电容(以及能量存储容量)是期望的。超级电容器实现的最大电容值可取决于电解质的性质和电极的性质。例如，现有技术可以增加每个电极板的有效表面积，这直接增加电容，并且这代表了超级电容器性能的最新改进。例如，通过开发在电极表面生长或沉积的纳米结构，已经实现了具有非常大有效面积的电极的开发——因此，与光滑电极相比，这种“扩展表面”电极具有增加的表面积。典型实例如图1所示，其由规则的纳米棒阵列组成，或如图2所示，其由基于碳微粒的不规则结构组成。然而，存在与扩展表面电极相关的各种缺点。例如，与简单的“光滑表面”电极相比，具有扩展表面积的电极的制造以及它们与电解质的组装存在挑战。此外，为了实现由扩展表面电极提供的附加区域的全部电位，只能使用能够渗透扩展电极表面的纳米/微米结构的电解质。这限制了对常规超级电容器电解质即为液体的那些电解质的使用，并且虽然可以使用凝胶状电解质，但它们的性质必须使得它们不表现出会阻止渗透扩展电极表面的屈服应力。因此，当使用扩展表面电极时，这排除了将更高级选项用于电解质组分。例如，wo2017/153705、wo2017/153706和wo2017/115064教导了导电交联亲水聚合物的生产，其可用于替代超级电容器中的常规液体电解质。这些材料具有良好的电性能，但由于是固体，不适合渗透扩展电极表面的纳米/微米结构，因此无法实现此类扩展表面的全部电位。
6.总之，仍然需要改进的技术来增加电容。


技术实现要素：

7.本文提供了一种新的和令人惊奇的增加电容的手段。这是通过新的“集成”聚合物结构实现的，该结构由导电纳米颗粒材料集成在导电交联聚合物的表面层内提供。这种“集成”聚合物作为超级电容器的电解质组分时，可以增加电容，从而提高储能能力。不希望受理论束缚，认为，当集成的聚合物接触电极表面时，提供了电解质/电极界面处的增加的有效表面积，这是通过集成在聚合物表面层内的导电纳米颗粒材料实现的。提供这种有效表面积的增加不需要扩展的表面电极，从而允许使用简单的光滑表面电极。
8.在第一方面，存在将导电纳米颗粒材料集成到导电交联聚合物的表面层中的方法，包括以下步骤：
9.将导电交联聚合物浸入第一介质中，和
10.随后将所述导电交联聚合物浸入第二介质中；其中
11.第一介质包括分散在非水极性液体中的导电纳米颗粒材料，和
12.第二介质包括水性液体。
13.根据第一方面的方法是获得集成聚合物的令人惊讶的有效方式。不希望受理论束缚，认为浸入第一介质导致聚合物晶格扩展，允许导电纳米颗粒材料渗透聚合物结构的表面层。然后，随后在第二介质中的浸入步骤使聚合物晶格收缩，从而将纳米颗粒材料捕获在聚合物的表层中。纳米颗粒材料集成在表面层中，使其不会浸出/擦掉，这代表了相对于仅在颗粒材料中“浸涂”聚合物的改进。
14.在第二方面，有一种形成超级电容器的方法，包括以下步骤：
15.使用第一方面的方法将导电纳米颗粒材料集成到导电交联聚合物的表面层中；和
16.将聚合物定位在两个电极之间。
17.在第三方面，存在包含集成在表面层中的导电纳米颗粒材料的导电交联聚合物。该聚合物可通过根据第一方面的方法获得。
18.在第四方面，存在根据第三方面的聚合物在超级电容器中的用途。
19.在第五方面，存在包括两个电极和位于其间的根据第三方面的聚合物的超级电容器。
具体实施方式
20.在本文公开的方法中使用的聚合物能够用作超级电容器中的电解质组分。因此，在本文公开的方法中使用的聚合物是导电的。如本文所用，术语“导电”采用其在本领域中的通常定义，因此可包括电子导电和/或离子导电的材料，即采用某种形式的电子和/或离子迁移率的材料。
21.如本文所用，术语“电子导电”采用其在本领域中的通常定义，并且指其中存在某种形式的电子迁移率使得传导过程主要依赖于电子转移的材料，或者其中电子在界面处作为输出产生。
22.如本文所用，术语“离子导电”采用其在本领域中的通常定义，并且指其中存在某种形式的离子迁移率的材料，使得传导过程主要依赖于离子转移。
23.如本文所用，术语“聚合物”采用其在本领域中的通常定义，因此是指由一种或多种单体聚合形成的均聚物或共聚物。如本文所用，术语“均聚物”采用其在本领域中的通常
定义，因此是指其聚合物链包含一种类型单体的聚合物。如本文所用，术语“共聚物”采用其在本领域中的通常定义，因此是指其聚合物链包含两种或更多种不同类型单体的聚合物。如本文所用，术语“单体”采用其在本领域中的通常定义，因此是指可与另一单体化学结合以形成聚合物的分子化合物。
24.用于本文公开的方法中的导电交联聚合物优选为亲水聚合物。如本文所用，术语“亲水性聚合物”是指在未交联时溶于水并在交联时吸水并溶胀形成稳定的弹性固体的聚合物。亲水聚合物由于其水特性而具有某些益处。
25.如本文所用，术语“亲水单体”采用其在本领域中的通常定义，因此是指对水分子具有亲和力的单体。术语“疏水性单体”也采用其在本领域中的通常定义，因此是指排斥水分子的单体。
26.如本文所用，术语“交联剂”是指能够在聚合物链之间形成化学键的分子化合物。在其链之间包含此类化学键的聚合物称为“交联”聚合物。
27.用于本文公开的方法中的导电交联聚合物不必限于特定形状，但通常聚合物包括顶面、底面和多个壁状侧面(通常为四个)。通常，聚合物近似为基本上3d的平面形状。通常，聚合物的厚度(即顶面和底面之间的距离)在250μm至2mm的范围内。本文公开的导电纳米颗粒材料被集成到导电交联聚合物的表面层中。当集成聚合物位于两个电极之间并用作超级电容器中的电解质组分时，这允许集成纳米颗粒材料形成电解质/电极界面的一部分。术语“表面层”是指聚合物的最外层区域，通常是厚度为80
‑
120μm，优选90
‑
110μm的最外层区域。本文公开的纳米颗粒材料可以集成到聚合物的顶面层(即最外顶层)和/或底面层(即最外底层)中。优选地，纳米颗粒材料被集成到顶面层和底面层两者中。应当理解，一般而言，纳米颗粒材料仅集成到聚合物的表面层中，而不是集成到整个聚合物中。这产生其中纳米颗粒材料被集成到表面层中的聚合物，聚合物的其余区域基本上不含纳米颗粒材料。
28.如本文所用，术语“纳米颗粒材料”是指作为多个颗粒提供的材料，其尺寸足够小以落在纳米范围内(而不是微米范围内)，因此具有小于1000nm的尺寸，更具体的尺寸为1
‑
1000nm。优选地，纳米颗粒材料作为尺寸小于800nm、更优选小于600nm的多个颗粒提供。纳米颗粒材料可以作为尺寸大于1nm、大于10nm或大于50nm的多个颗粒提供。技术人员将熟悉测量纳米颗粒材料的颗粒的相关尺寸所必需的技术，例如通过图像分析，由此颗粒流过毛细管，并由图像分析仪扫描以测量相关尺寸，合适的设备是sysmex fpia
‑
3000流动颗粒图像分析仪。
29.纳米颗粒材料的形状可以通过纵横比来定义，其中纵横比被定义为最大尺寸除以最小正交尺寸(因此对于管状颗粒，其等于长度除以直径)。纵横比越高，颗粒越细长，纵横比越低，颗粒越球形。认为，通过调整纵横比，纳米颗粒材料被特别有效地吸收到聚合物晶格中。纳米颗粒材料可由纵横比小于100:1、优选小于50:1、更优选小于10:1的颗粒组成。纳米颗粒材料可由纵横比至少为2:1，优选至少为3:1的颗粒组成。在一个特别优选的实施方案中，纳米颗粒材料由纵横比在3:1和10:1之间的颗粒组成。关于测量纵横比，技术人员将(如上所述)熟悉如何测量纳米颗粒材料的相关尺寸，例如通过图像分析，由此颗粒流过毛细管，并由图像分析仪扫描以测量颗粒的相关尺寸，合适的设备是sysmex fpia
‑
3000流动颗粒图像分析仪。通过这种方法，测量最大尺寸和最小正交尺寸，然后将它们用于计算纵横比。
30.纳米颗粒材料可以作为质量中值直径小于1000nm，优选小于800nm，更优选小于600nm的多个颗粒提供。纳米颗粒材料可以作为质量中值直径大于1nm、大于10nm或大于50nm的多个颗粒提供。技术人员将熟悉如何测量质量中值直径，例如通过malvern
‑
panalytical
‘
zetasizer’的激光衍射。
31.纳米颗粒材料的导电性质使得当集成聚合物用作超级电容器的电解质组分并接触电极表面时，在电解质/电极界面处提供扩展的有效表面积。因此，纳米颗粒材料可以是任何合适的导电材料，特别是那些另外用于形成电极组件的材料——技术人员将熟悉此类材料。例如，导电纳米颗粒材料可以是导电的碳、过渡金属氧化物或它们的组合。此类材料另外用于形成电极，因此此类材料在形成由本文公开的集成聚合物提供的扩展电解质/电极界面方面特别有效。术语“过渡金属氧化物”是指在元素周期表的d区(即第3族至第12族)中的金属的氧化物。过渡金属氧化物可以是mno、mno2、namno2；zno2；fe2o3；mos2、v2o5、ruo2、iro2或它们的组合。优选地，过渡金属氧化物为mno2、mno、zno2、namno2、fe2o3或mos
2。
32.优选地，导电纳米颗粒材料是导电碳。技术人员将熟悉导电碳的形式。例如，导电碳可以是活性炭粉、粉状石墨、粉状石墨烯、粉状石墨烷、粉状碳纳米管或其组合的形式。优选地，导电碳为活性炭粉、粉状石墨、粉状石墨烯、粉状石墨烷或其组合的形式。
33.图4显示了在将导电纳米颗粒材料集成到其表面层之前(右侧)和之后(左侧)的导电交联聚合物的照片。可以看出，聚合物通过集成的纳米颗粒变得“不透明”，在图4的例子中，纳米颗粒呈导电碳的形式。
34.导电交联聚合物可以是电子导电的和/或离子导电的。优选地，导电交联聚合物是电子导电的。
35.导电交联聚合物通常通过使聚合混合物聚合形成。如本文所用，术语“聚合混合物”是指聚合物形成组分的溶液或分散体。混合物通常是均质的，这意味着形成聚合物的组分被均匀地溶解或混合。导电交联聚合物在经受将导电纳米颗粒材料集成到表面层中的步骤之前完全形成。
36.优选地，导电交联聚合物通过使聚合混合物聚合形成，该聚合混合物包含至少一种疏水单体、至少一种亲水单体、至少一种交联剂，该聚合混合物进一步包含以下中的一种或另一种：至少一种电子导电聚合物，或至少一种氨基酸。所得聚合物是电子导电的。所得聚合物具有特别好的水特性(即与水和其他水性环境相关的良好特性/行为)，并且当用作超级电容器中的电解质组分时表现特别好。这些聚合物的细节在wo2017/153705和wo2017/115064中公开。
37.如上所述，聚合混合物可包含至少一种疏水性单体。聚合混合物可包含一种疏水性单体。
38.优选地，至少一种疏水性单体选自甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸烯丙酯、丙烯腈、甲基丙烯酰氧基丙基三(三甲基甲硅烷氧基)硅烷、甲基丙烯酸2,2,2
‑
三氟乙酯或其组合。更优选地，至少一种疏水性单体选自丙烯腈和甲基丙烯酸甲酯，或它们的组合。
39.如上所述，聚合混合物可包含至少一种亲水性单体。聚合混合物可包含一种亲水性单体。
40.优选地，至少一种亲水性单体选自甲基丙烯酸、甲基丙烯酸2
‑
羟乙酯、丙烯酸乙酯、乙烯基吡咯烷酮、丙烯酸甲酯、邻苯二甲酸单甲基丙烯酰氧基乙酯、硫酸根合乙基甲基
丙烯铵、聚乙烯醇或其组合。更优选地，至少一种亲水性单体选自1
‑
乙烯基
‑2‑
吡咯烷酮(vp)和甲基丙烯酸2
‑
羟乙酯，或它们的组合。
41.至少一种交联剂可以是亚甲基双丙烯酰胺、n
‑
(1
‑
羟基
‑
2,2
‑
二甲氧基乙基)丙烯酰胺、甲基丙烯酸烯丙酯和乙二醇二甲基丙烯酸酯。优选地，交联剂为甲基丙烯酸烯丙酯和乙二醇二甲基丙烯酸酯。交联剂可以是疏水的或亲水的。
42.从以上定义可以理解，术语“疏水性单体”和“交联剂”不一定是相互排斥的。本文公开的疏水单体和交联剂可以相同或不同。在某些实施方案中，疏水单体可以与交联剂相同。例如，在某些实施方案中，交联剂和疏水性单体都是甲基丙烯酸烯丙酯。在其他实施方案中，疏水单体是非交联的，并且在这样的实施方案中，交联剂和疏水单体是不同的化学物质。优选地，疏水单体是与交联剂不同的化学物质。通常，亲水单体是与交联剂和疏水单体不同的化学物质。
43.优选地，聚合通过热、uv或γ辐射进行。更优选地，聚合步骤通过uv或γ辐射进行。本领域技术人员将理解，uv或γ辐射可以在环境温度和压力下进行，而热聚合可以在高达70℃的温度下进行。
44.在优选的实施方案中，聚合混合物进一步包含聚合引发剂。聚合引发剂可以是偶氮二异丁腈(aibn)或2
‑
羟基
‑2‑
甲基苯丙酮。当聚合是通过热或uv辐射时，聚合引发剂的存在是特别优选的。在一个实施方案中，聚合是通过热方式并且引发剂是偶氮二异丁腈(aibn)。在另一个实施方案中，聚合是通过uv辐射并且引发剂是2
‑
羟基
‑2‑
甲基苯丙酮。
45.在一个实施方案中，导电交联聚合物通过使聚合混合物聚合形成，该聚合混合物包含至少一种疏水单体、至少一种亲水单体、至少一种电子导电聚合物和至少一种交联剂。所得聚合物是电子导电的。所得聚合物具有特别好的水性能、优良的机械性能、优良的导电性，并提供特别高的电容值。
46.优选地，至少一种电子导电聚合物选自聚二氧乙基噻吩:聚苯乙烯磺酸盐、聚吡咯、聚苯胺、聚乙炔或其组合。更优选地，本征电子活性材料是聚二氧乙基噻吩:聚苯乙烯磺酸盐(pedot:pss)。
47.在一个实施方案中，导电交联聚合物通过使聚合混合物聚合形成，该聚合混合物包含至少一种疏水单体、至少一种亲水单体、至少一种氨基酸和至少一种交联剂。所得聚合物是电子导电的，这被认为是由于芳香系统内的电子共轭/氨基酸中的离域电子孤对，有利于改变聚合物材料的电子特性。如本文所用，术语“氨基酸”采用其在本领域中的通常定义，因此是指具有氨基和羧酸官能团以及对每个氨基酸具有特异性的侧链的有机化合物。该术语涵盖传统的“天然”氨基酸以及任何具有氨基酸主链(即具有任何侧链)的化合物。优选地，氨基酸(优选天然氨基酸)在其侧链中包含芳族基团。
48.在一个实施方案中，至少一种氨基酸选自苯丙氨酸、色氨酸、组氨酸、乙二胺四乙酸(edta)和酪氨酸，或其组合。优选地，至少一种氨基酸选自苯丙氨酸、色氨酸、组氨酸和酪氨酸或其组合。更优选地，至少一种氨基酸选自苯丙氨酸和色氨酸，或其组合。
49.在本文公开的方法中，存在将导电交联聚合物浸入第一介质中，随后将导电交联聚合物浸入第二介质中的步骤。将聚合物浸入每种介质中，使得聚合物的顶面或底面中的至少一个浸没在每种介质中并暴露于每种介质，但优选地使得顶面和底面都浸没在每种介质中并暴露于每种介质。因此，本领域技术人员将理解，术语“浸没”可指将聚合物部分或完
全浸没在各介质中，但优选指将聚合物完全浸没在各介质中。
50.认为，浸入第一介质会使聚合物晶格扩展，从而允许导电纳米颗粒材料渗透聚合物表面层。优选地，导电交联聚合物在第一介质中浸没至少30秒，更优选至少2分钟，更优选至少15分钟，更优选至少30分钟。浸没这样的时间段可以很好地吸收导电纳米颗粒材料。
51.在本文公开的方法中，在将导电交联聚合物浸入第一介质的步骤之后，将聚合物从第一介质中移除，然后随后浸入第二介质中，从而获得具有集成到表面层中的导电纳米颗粒材料的聚合物。认为，通过浸入第一种介质使聚合物晶格扩展，然后浸入第二种介质会使聚合物晶格收缩，从而将导电纳米颗粒材料捕获在聚合物表面层(或多个表面层)中。浸入第二介质中的时间可以根据浸入第一介质后聚合物的厚度来调整。优选地，将导电交联聚合物浸入第二介质中每mm厚度的聚合物至少1分钟，更优选至少10分钟，更优选至少1小时，更优选至少2小时。在浸入第二介质之后，然后可以从第二介质中去除聚合物。
52.这里公开的第一介质和第二介质均为液体。术语“液体”采用其在本领域中的通常定义并且技术人员将容易理解，因此是指在环境温度和压力下(即在30℃的温度和1巴压力下)以液体形式存在的物质。
53.本文公开的第一介质包括分散在非水极性液体中的导电纳米颗粒材料。优选地，基于第一介质的总重量，存在于第一介质中的导电纳米颗粒材料的量在2
‑
30wt％的范围内，更优选地为2
‑
10wt％。
54.当与极性液体相关使用时，术语“非水性”是指极性液体基本上不含水，更具体地，极性液体包含小于10wt％的水，优选小于5wt％的水，更优选地小于1wt％的水，或小于0.5wt％的水。极性液体可包含0.1％或甚至0％的水。
55.如本文所用，关于第一介质的极性液体所使用的术语“极性”是指由于电荷的不对称分布，其分子成分具有偶极矩的液体。技术人员将熟悉什么物质构成非水极性液体。一种这样的极性量度是介电常数。介电常数可以使用crc，handbook of chemistry and physics(第92版，2011
‑
2012，标题为“laboratory solvents and other liquid reagents”的章节)中公开的方法测量。更大的介电常数表示更大的极性(也可以称为更大的偶极矩)。优选地，非水极性液体具有至少10、更优选至少15、更优选至少20的介电常数。
56.优选地，第一介质的非水极性液体是醇。更优选地，第一介质的非水极性液体是甲醇、乙醇、丙醇、丁醇或其混合物。最优选地，第一介质的非水极性液体是乙醇。认为，浸入乙醇导致聚合物特别有效的扩展，从而允许特别有效地吸收纳米颗粒材料。
57.在此公开，在将导电交联聚合物浸入第一介质中的步骤之后，还有将导电交联聚合物浸入第二介质中的步骤。第二介质包括水性液体。优选地，第二介质由水性液体组成。当与第二介质的液体相关使用时，术语“水性”是指包含显著比例的水的液体，例如基于液体的总重量超过50wt％的水，优选超过75wt％的水，更优选超过85wt％水。
58.优选地，所述第二介质的水性液体为蒸馏去离子水、盐水的水溶液、咸水的水溶液、酸的水溶液或碱的水溶液。更优选地，第二介质是酸的水溶液。当使用盐水溶液时，盐水溶液优选在水中具有0.002g/cc至0.1g/cc的nacl，更优选在水中具有0.009g/cc的nacl。当使用咸水溶液时，咸水溶液优选在水中具有0.3g/cc的nacl。当使用酸溶液时，酸优选为5mol/dm
3 h2so4。当使用碱溶液时，碱溶液优选为koh的水溶液，其中koh以10wt％至30wt％存在。
59.优选地，本文公开的方法还包括在将导电交联聚合物浸入第一介质的步骤之前使导电交联聚合物水合的步骤。认为，该初始水合步骤提供了聚合物的初始扩展，这有助于纳米颗粒材料在浸入第一介质时的最终吸收。
60.该水合步骤优选通过浸入含水液体的水合介质中进行。水合介质可以与第二介质的水性液体相同或不同。因此，水合介质的水性液体可以是蒸馏去离子水、盐水的水溶液、咸水的水溶液、酸的水溶液或碱的水溶液。优选地，第二介质是蒸馏去离子水。当使用盐水溶液时，盐水溶液优选在水中具有0.002g/cc至0.1g/cc的nacl，更优选在水中具有0.009g/cc的nacl。当使用咸水溶液时，咸水溶液优选在水中具有0.3g/cc的nacl。当使用酸溶液时，酸优选为5mol/dm
3 h2so4。当使用碱溶液时，碱溶液优选为koh的水溶液，其中koh以10wt％至30wt％存在。
61.优选地，聚合物不浸入第一介质、第二介质或水合介质中以达到水力平衡，因为优选地只有一个或多个表面层受液体进入影响，而不是体相聚合物。然而，第一介质的性质优选是这样的，如果聚合物被浸入以达到水力平衡，则聚合物将在任何线性维度上扩展至少10％，优选至少50％。优选地，如果要达到水力平衡，线性扩展比(作为聚合物在第一介质中浸渍后的宽度：聚合物在第一介质中浸渍前的宽度的比率)将至少为1.4:1，更优选至少为1.7:1，最优选为至少1.8:1。类似地，第二介质的性质优选地是这样的，如果聚合物被浸入使得达到水力平衡，与在第一种介质中达到水力平衡所实现的聚合物尺寸相比，聚合物在任何线性维度上都会收缩至少10％。优选地，如果要达到水力平衡，线性扩展比(作为聚合物在第二介质中浸渍后的宽度：聚合物在第一介质和第二介质中浸渍前的宽度的比率)将至多为1.8:1，更优选至多为1.6:1，最优选为至多1.4:1。同样，(任选的)初始水合步骤中水合介质的性质是这样的，如果聚合物水合使得达到水力平衡，则线性扩展比(作为水合聚合物宽度:干燥的、非水合聚合物宽度的比率)将是至少1.2:1，更优选至少1.4:1，最优选至少1.6:1，并且聚合物中的水量如果要达到水力平衡，则基于水合聚合物的总重量，其至少为40重量％，优选至少50重量％，更优选至少60重量％。
62.本文公开了一种导电交联聚合物，该聚合物包含集成在其表面层中的导电纳米颗粒材料，其可通过本文公开的方法获得。优选的特征例如纳米颗粒材料、量、聚合混合物和聚合条件在上文公开。
63.本文还提供了一种形成超级电容器的方法，包括以下步骤：使用本文公开的方法将导电纳米颗粒材料集成到导电交联聚合物的表面层中，以及将所得集成聚合物定位在两个电极之间。聚合物通常在用于超级电容器之前从第二介质中移除。本文提供了集成聚合物在超级电容器中的用途，以及包括两个电极和位于其间的集成聚合物的超级电容器。通过在两个电极之间放置/定位集成聚合物，使得聚合物接触电极，形成聚合物/电极界面，其在聚合物/电极界面处充当有效扩展的表面积。这提供了增加的电容而不必求助于扩展表面积的电极，因此允许在使用简单的光滑表面电极的同时实现增加的电容。
64.尽管本文公开的集成聚合物不需要与非光滑电极表面一起使用，但它们与非光滑表面相容。通过将导电交联聚合物浇铸在合适形状的表面上以在其形成过程中充当模具，应用本文公开的方法，然后将集成聚合物与相同轮廓的机加工电极匹配，可以进一步增加有效表面积。这在图3中示意性地示出。
65.以下非限制性实施例展示本发明。
66.实施例
67.这些实施例中使用以下缩略语：
68.an：丙烯腈
69.vp:乙烯基
‑2‑
吡咯烷酮
70.pedot:pss：聚乙二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐
71.在这些实施例中，在将膜压在两个光滑的碳电极表面之间的同时使用sencore电容计测量电容，如图5所示。
72.实施例1
73.导电交联聚合物由组合物an
‑
vp
‑
苯丙氨酸形成。测量该聚合物“形成时”的电容。
74.该聚合物首先通过浸入水中而水合。然后将水合聚合物浸入非细长碳纳米颗粒在乙醇中的分散体中，然后浸入h2so4的水溶液中。
75.结果是一种聚合物膜，其中碳纳米颗粒被捕获即集成在其表面层中。将聚合物膜在水中洗涤，仅去除痕量的碳颗粒，因此可以得出结论，通过洗涤或
‘
摩擦’表面不容易去除集成的纳米颗粒材料。
76.测量具有集成在其表面层中的碳纳米颗粒的聚合物的电容。
77.发现集成聚合物的每单位面积电容与“形成时”聚合物的之比为1.40:1。这表示集成聚合物的电容增加了40％。
78.实施例2
79.导电交联聚合物由组合物vp
‑
pedot
‑
an形成。
80.该聚合物首先通过浸入水中而在水中水合。然后将水合聚合物浸入非细长碳纳米颗粒在乙醇中的分散体中，然后浸入h2so4的水溶液中。
81.结果是一种聚合物膜，其中碳纳米颗粒被捕获即集成在其表面层中。将聚合物膜在水中洗涤，仅去除痕量的碳颗粒，因此可以得出结论，通过洗涤或
‘
摩擦’表面不容易去除集成的纳米颗粒材料。
82.发现集成聚合物的每单位面积电容与“形成的”聚合物的之比为1.25
‑
1.3:1。这表示集成聚合物的电容增加了25％和30％。