[發(fā)明專利]一種石墨烯/碳納米管復(fù)合纖維基超級(jí)電容器的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410233432.7
• 申請(qǐng)日: 2014-05-29
• 公開（公告）號(hào): CN104036971B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高超;鄭冰娜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): H01G11/84
• 分類號(hào): H01G11/84
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司33200
• 代理人: 邱啟旺

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及二維石墨烯與一維碳納米管有效復(fù)合的纖維基超級(jí)電容器的制備方法，尤其涉及一種石墨烯/碳納米管復(fù)合纖維基超級(jí)電容器的制備方法。

背景技術(shù)

自石墨烯被發(fā)現(xiàn)以來（K.?S.?Novoselov,?et?al.?Science,?2004,?306,?666），其優(yōu)異的力、電、熱學(xué)性質(zhì)對(duì)新一代高性能多功能材料的制備和應(yīng)用起著重要的推進(jìn)作用。以氧化石墨烯為構(gòu)筑單元可以制備高性能多功能宏觀石墨烯材料，繼二維石墨烯薄膜和三維石墨烯氣凝膠之后，一維石墨烯纖維也通過氧化石墨烯液晶濕法紡絲連續(xù)制備出來。碳納米管（CNTs）自1991年被發(fā)現(xiàn)以來（S?Iijima,?Nature,?1991,?354,?56.）以其優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)和熱學(xué)性能在功能材料領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。不同維度的納米材料組裝而成的材料會(huì)顯現(xiàn)出驚人的協(xié)同效應(yīng)。

超級(jí)電容器，又稱為電化學(xué)電容器，由于具有優(yōu)異的功率密度和循環(huán)穩(wěn)定性而受到廣泛關(guān)注。以石墨烯和碳管等材料為基礎(chǔ)的電容器一般為雙電層電容器，具有理想的循環(huán)穩(wěn)定性。分別以石墨烯、碳納米管為基礎(chǔ)，具有不同形貌與維度（一維、二維、三維）的超級(jí)電容材料研究已被多次報(bào)道。但是，僅以石墨烯和碳管二者為原料制備的一維纖維超級(jí)電容器卻鮮有報(bào)道

目前市面上的超級(jí)電容器多為無柔性的固體材料為主，即使是在柔性電容器領(lǐng)域，研究的重點(diǎn)也主要集中在二維和三維形態(tài)的器件上。一維形態(tài)的超級(jí)電容器更適用于柔性、微型的器件。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種石墨烯/碳納米管復(fù)合纖維基超級(jí)電容器的制備方法。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種石墨烯/碳納米管復(fù)合纖維基超級(jí)電容器的制備方法，步驟如下：

1）將氧化石墨烯和羧化多壁碳納米管溶于溶劑并攪拌1h以上，得到氧化石墨烯/碳納米管復(fù)合紡絲漿液；氧化石墨烯和羧化多壁碳納米管的質(zhì)量配比為1-297:3，氧化石墨烯與溶劑的質(zhì)量配比為0.1-3:100；

2）將步驟1得到的氧化石墨烯/碳納米管復(fù)合紡絲漿液以10-2000μL/min的擠出速度通過直徑為10-5000μm的紡絲噴頭，在5-35℃的凝固液中停留1-3600s，洗滌，60-100^oC真空干燥，得到氧化石墨烯/碳納米管復(fù)合纖維；

3）將步驟2得到的氧化石墨烯/碳納米管復(fù)合纖維置于還原劑或高溫?zé)崽幚恚玫绞?碳納米管復(fù)合纖維；

4）將兩根長(zhǎng)度與直徑相等的石墨烯/碳納米管復(fù)合纖維兩端分別固定在基底上，再將纖維固定在導(dǎo)電集流體上，纖維表面用凝膠電解質(zhì)直接包覆并干燥，從而得到石墨烯/碳納米管復(fù)合纖維基超級(jí)電容器。

進(jìn)一步地，所述步驟1的溶劑可以由去離子水、N-甲基-2-吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲亞砜、環(huán)丁砜中的任意一種或多種按任意配比混合組成。

進(jìn)一步地，所述步驟2的凝固液為水系凝固劑或有機(jī)系凝固劑；所述水系凝固劑的溶劑由乙醇與水按體積比1-9:3組成，溶質(zhì)為氯化鈣或醋酸錳，溶質(zhì)與溶劑的的質(zhì)量比為1-10:100；所述有機(jī)系凝固劑由飽和NaOH的甲醇溶液、飽和NaOH的乙醇溶液、飽和KOH的甲醇溶液、飽和KOH的乙醇溶液、乙醚、乙酸乙酯、丙酮、石油醚的一種或多種按任意配比混合組成。

進(jìn)一步地，所述步驟2中，用洗滌劑進(jìn)行洗滌，所述洗滌劑由乙醇、甲醇、丙酮、水的一種或多種按任意配比混合組成。

進(jìn)一步地，所述步驟3中的還原劑選自碘化氫水溶液、抗壞血酸鈉水溶液、水合肼蒸汽；所述碘化氫水溶液和抗壞血酸鈉水溶液的體積百分含量為5%-50%；還原反應(yīng)溫度為85-95℃；所述高溫?zé)崽幚頌槎栊缘獨(dú)饣驓鍤鈿夥障?00-1000℃還原8-12小時(shí)。

進(jìn)一步地，所述步驟4所述的石墨烯纖維直徑在10-200微米。

進(jìn)一步地，所述步驟4中，所述的基底為絕緣性質(zhì)的玻璃、聚合物薄膜。

進(jìn)一步地，所述步驟4所述的導(dǎo)電集流體選自金、銀、銅、鉑、鎳的絲或片材、導(dǎo)電銀膠以及導(dǎo)電雙面膠等。

進(jìn)一步地，所述步驟4中，所述的凝膠電解質(zhì)由聚乙烯醇、水和磷酸按質(zhì)量配比1:10:1混合組成。