[發明專利]芯鞘型柔性石墨烯纖維超級電容器、其制備方法及系統

有效

• 申請號: 201711307570.5
• 申請日: 2017-12-11
• 公開（公告）號: CN107993854B
• 公開（公告）日: 2020-03-27
• 發明（設計）人: 張永毅;趙威;李清文
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: H01G11/40
• 分類號: H01G11/40;H01G11/86;H01G13/00
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王鋒

1.一種芯鞘型柔性石墨烯纖維超級電容器的直接濕紡制備方法，其特征在于包括：將由紡絲液形成的第一液流、由凝膠電解質水溶液形成的第二液流、由紡絲液形成的第三液流以5～20ml/min、0.8～4ml/min、0.2～0.8ml/min的流速同時注入凝固浴，且使第一液流環繞第二液流分布，第二液流環繞第三液流分布，從而形成芯鞘型柔性石墨烯纖維超級電容器；其中，所述紡絲液包含均勻分散的氧化石墨烯及還原劑，所述紡絲液中氧化石墨烯的含量為2～20mg/ml，還原劑的濃度為2～200mg/ml，所述凝膠電解質水溶液包含高分子聚合物，所述高分子聚合物包括聚乙烯醇，羧甲基纖維素鈉或黃原膠，所述凝膠電解質水溶液中高分子聚合物的濃度為2～20mg/ml；

所述凝固浴含有1～8wt％CaCl₂，其中的溶劑為乙醇/水溶液，所述乙醇/水溶液包含體積比為1:1～8:1的乙醇與水的均勻混合物；

所述芯鞘型柔性石墨烯纖維超級電容器包括石墨烯纖維芯層，環繞所述芯層設置的聚合物電解質中間層和環繞所述中間層設置的石墨烯纖維鞘層，所述聚合物電解質中間層的厚度為1～5μm，所述石墨烯纖維芯層的直徑為20～80μm，所述石墨烯纖維鞘層的厚度為100～200μm。

2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于包括：將所述第一液流、第二液流和第三液流同時注入凝固浴后，浸泡10min以上，形成所述芯鞘型柔性石墨烯纖維超級電容器。

3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述還原劑包括維生素C。

4.由權利要求1-3中任一項所述方法制備的芯鞘型柔性石墨烯纖維超級電容器，其特征在于包括石墨烯纖維芯層，環繞所述芯層設置的聚合物電解質中間層和環繞所述中間層設置的石墨烯纖維鞘層。

5.應用于權利要求1-3中任一項所述方法的芯鞘型柔性石墨烯纖維超級電容器制備系統，其特征在于包括：

紡絲針頭，其包括用以分別擠出第一液流、第二液流、第三液流的第一液流通道、第二液流通道和第三液流通道，所述第一液流通道環繞第二液流通道分布，第二液流通道環繞第三液流通道分布；

凝固浴，其用以同時接收所述紡絲針頭擠出的第一液流、第二液流和第三液流。

6.根據權利要求5所述的制備系統，其特征在于：所述第一液流通道、第二液流通道和第三液流通道中的任意兩者之間彼此分隔。

7.根據權利要求5所述的制備系統，其特征在于：所述第一液流通道、第二液流通道和第三液流通道同軸設置。

8.根據權利要求5或6所述的制備系統，其特征在于：所述紡絲針頭包括同軸設置的第一針頭、第二針頭和第三針頭，第三針頭的內腔形成第三液流通道，第一液流通道、第二液流通道分別形成第一針頭與第二針頭之間、第二針頭與第三針頭之間。

9.根據權利要求6所述的制備系統，其特征在于：用于分隔第一液流通道與第二液流通道的壁以及用于分隔第二液流通道與第三液流通道的壁的厚度為0.05～0.3mm。

10.根據權利要求5或6所述的制備系統，其特征在于：所述第一液流通道、第二液流通道、第三液流通道的直徑分別為1～3mm、0.6～1.2mm、0.2～0.5mm。

11.根據權利要求5所述的制備系統，其特征在于還包括：驅動裝置，其至少用于驅使紡絲針頭和凝固浴中的任一者相對于另一者繞一軸線旋轉。