[發明專利]一種復合紙基柔性電極材料的制備方法

在審

• 申請號: 201810903566.3
• 申請日: 2018-08-09
• 公開（公告）號: CN109003840A
• 公開（公告）日: 2018-12-14
• 發明（設計）人: 馬明國;馬暢;曹文濤;劉姍;李志文;王波;邊靜
• 申請（專利權）人: 北京林業大學
• 主分類號: H01G11/86
• 分類號: H01G11/86;H01G11/24;H01G11/36;H01G11/48
• 代理公司: 北京金信知識產權代理有限公司 11225
• 代理人: 張皓;嚴彩霞

本發明涉及一種復合紙基柔性電極材料的制備方法，所述制備方法包括：1)按照需要裁剪濾紙；2)分別用三氯化鐵溶液和含吡咯單體的異丙烷溶液浸泡濾紙；3)干燥處理；4)將干燥的產物用石墨烯分散液和抗壞血酸溶液攪拌浸泡；5)干燥處理。所述制備方法簡單，原料來源廣泛，價格便宜，降低了制備成本，利于后續推廣利用，不添加任何膠黏劑并且在制備過程中無任何需加熱的復雜操作。所制備出的電極材料面積比電容最高達到1408mF/cm²，具有優越的儲能潛能，可以應用于柔性儲能材料的裝配，同時該電極材料柔軟耐折，可以彎曲折疊為任意形狀。

技術領域

本發明屬于材料領域，涉及一種復合紙基柔性電極材料的制備，更具體而言涉及一種還原氧化石墨烯/聚吡咯/濾紙(rGO/PPy/Filter-paper)復合柔性電極材料的制備方法，以及由該方法制備的電極材料，所述制備方法簡單，制備的復合柔性電極材料性能良好，具有在外力作用下產生形變但不影響基本結構與功能特性的性質。

背景技術

隨著全球對于能源需求的持續增長，近二十年來人們對于超級電容器和鋰離子電池等清潔和可再生的能源產品給予了極大的關注。這些存儲裝置中，超級電容器因為其高功率密度，低電阻和穩定的充放電循環性能被認為是良好的儲能裝置。超級電容器電極在能量存儲機制的基礎上分為兩類：雙電層電容器電極和贗電容器電極。具體而言，雙電層電容器電極基于碳材料，包括活性炭，碳納米管，石墨烯等；而贗電容器電極則主要是由金屬氧化物、氫氧化物或者導電高分子構成。越來越多的研究者通過結合以上兩種儲能機理來制備電極材料以獲得更優性能。而如今，人們對滿足可彎曲手機，植入式心臟傳感器和柔性OLED屏供電需要的柔性儲能器件的關注增多，因此，在提高性能的基礎上制備柔性儲能器件的電極材料仍然是一個巨大的挑戰。

纖維素定量濾紙作為科研過程中的常見耗材，具有三維多孔結構，高比表面積，豐富的官能團(羥基)以及良好的親水性，因此是一種重要的模板材料，可以作為構建柔性電極材料的基材。Yuan等以印刷紙為基材，通過電沉積聚苯胺(PANI)至紙基上，開發了一種全固態的柔性紙基電容器。電沉積之后的PANI纖維直徑約為100nm，并在金涂層紙上形成多孔網絡。(Longyan Yuan,Xu Xiao,Tianpeng Ding,et al.Paper-based supercapacitorsfor self-powered nanosystems[J].Angewandte Communications,2012,20,51:4934-4938.)Yu Jin Kang等將由碳納米管(CNT)制成的墨水涂布在紙上(Kang YJ,Kim B,ChungH,et al.Fabrication and characterization of flexible and high capacitancesupercapacitors based on MnO2/CNT/papers[J].Synthetic Metals,2010,160(23-24):2510-2514.)，然而，CNT和貴金屬的價格較高，制備方法較為復雜。因此，降低制備成本，簡化制備流程，利用纖維素紙作為基材制備柔性電極仍具有重要的意義。

發明內容

針對目前柔性電極制備技術中存在的問題，本發明的一個目的是提供了一種還原氧化石墨烯/聚吡咯/濾紙(rGO/PPy/Filter-paper)復合柔性電極材料的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：

1)按照需要將濾紙裁剪成所需形狀，例如邊長為4cm的正方形。

2)將步驟1)中經過裁剪的濾紙浸入摩爾濃度為0.1mol/L-0.5mol/L的三氯化鐵(FeCl₃)水溶液中浸泡30min，然后取出瀝干后在冰箱冷藏室(4℃)內將上述浸泡后的濾紙浸入吡咯單體的體積百分比濃度為1％-2％的異丙烷溶液中24小時。

3)然后，將步驟2)所得產物取出瀝干后經過去離子水洗滌后，在常溫下進行真空干燥24小時。