[發(fā)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(tǒng)有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201711307570.5 | 申請日： | 2017-12-11 |
| 公開（公告）號： | CN107993854B | 公開（公告）日： | 2020-03-27 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 張永毅;趙威;李清文 | 申請（專利權(quán)）人： | 中國科學院蘇州納米技術(shù)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(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32256 | 代理人： | 王鋒 |
| 地址： | 215123 江蘇省蘇州市*** | 國省代碼： | 江蘇;32 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 芯鞘型 柔性 石墨 纖維 超級 電容器 制備 方法 系統(tǒng) | ||
本發(fā)明公開了一種芯鞘型柔性石墨烯纖維超級電容器，其包括石墨烯纖維芯層，環(huán)繞所述芯層設(shè)置的聚合物電解質(zhì)中間層和環(huán)繞所述中間層設(shè)置的石墨烯纖維鞘層等。本發(fā)明還公開了所述超級電容器的直接濕紡制備方法及制備系統(tǒng)。本發(fā)明可以一步濕紡制備出具有芯鞘結(jié)構(gòu)纖維的超級電容器，工藝簡單易行，效率高，成本低廉，同時本發(fā)明超級電容器的比電容和能量密度高，柔韌性好，可編織，易于放大化，可廣泛用于能量儲存、柔性材料等領(lǐng)域。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及纖維型超級電容器，尤其涉及一種芯鞘型柔性石墨烯纖維超級電容器、其直接濕紡制備方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)
纖維型超級電容器具有體積小，柔韌性好、可編織以及易于集成到各種形狀的微型裝置中等優(yōu)點，引發(fā)了人們廣泛關(guān)注。石墨烯纖維是一種由石墨烯薄片組裝而成的宏觀材料，因其具有良好的力學強度、電導(dǎo)性、柔性可編織等優(yōu)異性能，這使其在開發(fā)非常規(guī)、輕量和柔性超級電容器方面具有突出的優(yōu)勢。目前，已有部分學者將石墨烯纖維用于構(gòu)建纏繞式、平行和同軸結(jié)構(gòu)的纖維型超級電容器。如T.W.Chou(J.L.Yu,et al.Carbon,2017,119,332)將涂覆了H2SO4-聚乙烯醇凝膠電解質(zhì)的兩根石墨烯纖維通過加捻形成纏繞式石墨烯纖維超級電容器；H.S.Peng(G.X.Qu,et al.AdvancedMaterials,2016,28,3646)將涂覆了聚乙烯醇/H3PO4凝膠電解質(zhì)的兩根空心石墨烯纖維平行連接得到平行結(jié)構(gòu)的石墨烯纖維超級電容器；CN104916453A公開了一種同軸石墨烯纖維超級電容器及其制備方法，采用濕法紡絲技術(shù)制備氧化石墨烯纖維，還原后得到石墨烯纖維，隨后在石墨烯纖維上依次浸涂修飾聚合物凝膠中間層和氧化石墨烯鞘層，還原并浸涂聚合物電解質(zhì)后得到同軸石墨烯纖維超級電容器。這些石墨烯纖維超級電容器具有良好的力學強度、柔韌性和可編織性，在可穿戴電子器件領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而其制備過程復(fù)雜、凝膠電解質(zhì)層較厚而且與電極接觸面積較小，導(dǎo)致比電容和能量密度較低，從而限制了它廣泛的潛在應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種具有改善的電化學性能的芯鞘型柔性石墨烯纖維超級電容器、其直接濕紡制備方法及系統(tǒng)，從而克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。
為達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
本發(fā)明實施例提供了一種芯鞘型柔性石墨烯纖維超級電容器，其包括石墨烯纖維芯層，環(huán)繞所述芯層設(shè)置的聚合物電解質(zhì)中間層和環(huán)繞所述中間層設(shè)置的石墨烯纖維鞘層。
本發(fā)明實施例還提供了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，其包括：將由紡絲液形成的第一液流、由凝膠電解質(zhì)水溶液形成的第二液流、由紡絲液形成的第三液流同時注入凝固浴，且使第一液流環(huán)繞第二液流分布，第二液流環(huán)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，所述凝膠電解質(zhì)水溶液包含高分子聚合物。
本發(fā)明實施例還提供了由前述方法制備的芯鞘型柔性石墨烯纖維超級電容器。
本發(fā)明實施例還提供了應(yīng)用于前述直接濕紡制備方法的芯鞘型柔性石墨烯纖維超級電容器制備系統(tǒng)，其包括：
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(huán)繞第二液流通道分布，第二液流通道環(huán)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。
較之現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明至少具有如下有益效果：
1、本發(fā)明可以一步濕紡出具有芯鞘結(jié)構(gòu)的石墨烯纖維超級電容器，工藝簡單易行，并且芯鞘纖維的產(chǎn)生速度快，效率高，可以連續(xù)生成。
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