[發明專利]一種纖維素納米纖維電致變色超級電容器的制備方法

有效

• 申請號: 201410254243.8
• 申請日: 2014-06-10
• 公開（公告）號: CN103996549A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 王飛俊;吳雪;邵自強;王茜;王文俊;張仁旭
• 申請（專利權）人: 北京理工大學;北京北方世紀纖維素技術開發有限公司;南通泰利達化工有限公司
• 主分類號: H01G11/84
• 分類號: H01G11/84
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種有機基底的柔性電致變色薄膜超級電容器，具體涉及一種纖維素納米纖維基柔性電致變色薄膜超級電容器的制備方法，屬于柔性電致變色超級電容器領域。

背景技術

柔性電致變色薄膜超級電容器以其優良的柔韌性和導電性以及獨特的電致變色性能，在顯示器件、電子圖書、電致變色智能窗、無眩反光鏡，以及軍事防偽、傳感、通信、電致驅動等領域具有十分吸引人的應用前景，從而受到了越來越廣泛的關注。目前柔性電致變色薄膜超級電容器一般是以金屬氧化物、碳材料、導電高分子等材料作為透明導電層，以無機變色材料或具有變色能力的導電聚合物為電致變色層，沉積在柔性的高聚物基底上制備而成的。與無機電致變色材料相比，導電聚合物電致變色材料具有響應速度快、顏色變化豐富、易加工、易分子設計及成本低廉等優點。而聚苯胺(PANI)被認為是最有前途的導電聚合物之一，其價格低廉，對于空氣氧化有極佳的穩定性，同時具有易加工、易質子酸摻雜、通過摻雜和去摻雜使其具有可控的導電性能、顏色變化豐富等優點，具有潛在的應用價值。

基底材料是柔性電致變色薄膜超級電容器的重要組成部分，不僅對超級電容器的機械性能起決定性作用，而且對其電化學性能具有重要影響。常用的高聚物基底有聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚碳酸酯(PC)、聚酰亞胺(PI)等，它們具有優異的柔韌性和透明性，但是加工溫度低、熱膨脹系數高、難以生物降解與循環再生等缺陷，極大限制了其進一步應用。

為了提高柔性電致變色薄膜超級電容器的綜合性能，迫切需要找到一種電化學穩定性優良，力學性能優異，且廉價、綠色、可再生的新型柔性透明基底材料。而在對以纖維素為代表的天然高分子的研究中發現，纖維素納米纖維(Cellulose?Nanofibers,CNFs)作為以植物纖維為原料，采用2,2,6,6-四甲基哌啶-氮-氧化物(TEMPO)催化氧化法制備出的納米級纖維素纖維，具有直徑小(大約3～4nm)、長徑比大(超過250)、彈性模量高(140～150GPa)、密度小(1.6g·cm^-3)、結晶度高(70％～95％)等特點。最重要的是CNFs具有良好的成膜性，制得的薄膜不僅柔韌、光學透過性高，且具有折射系數大、機械強度高、溶脹系數低、熱膨脹系數小以及氧氣阻隔性能好等優良的綜合性能，使得以CNFs膜為基底制備的柔性電致變色薄膜超級電容器具有輕薄、可生物降解、無毒、性能穩定、耐用可彎折等諸多優點，使其成為可以替代傳統高聚物基底的材料，如公開號為102737786A名為“一種纖維素納米纖維基柔性透明導電膜的制備方法”的專利所制備的CNFs薄膜就具有上述的優良性質，而此種材料還有待于進一步應用性開發以挖掘其實用價值。

發明內容

本發明的目的是為了解決傳統高聚物基底存在的加工溫度低、熱膨脹系數高、難以生物降解與循環再生的問題，提供一種纖維素納米纖維基柔性電致變色薄膜超級電容器的制備方法。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種纖維素納米纖維電致變色超級電容器的制備方法，包括如下步驟：

A、將CNFs/[Cu²⁺-GO]_n復合薄膜浸入PANI分散液中，取出清洗干燥后浸入PEDOT:PSS分散液中，取出清洗干燥，重復前述步驟m次，最后得CNFs/[Cu²⁺-GO]_n/[PANI-PEDOT:PSS]_m復合膜；

B、將制得的CNFs/[Cu²⁺-GO]_n/[PANI-PEDOT:PSS]_m膜經過稀鹽酸處理、HI酸還原得CNFs/RGO_n/[PANI-PEDOT:PSS]_m復合導電膜；

C、將雙片CNFs/RGO_n/[PANI-PEDOT:PSS]_m復合導電膜做電極，以H₂SO₄–PVA凝膠為電解質、組裝為雙電極體系的超級電容器S-RGPP。