[發明專利]一種聚乙烯醇-碳納米纖維柔性復合材料及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 201811463216.6
• 申請日: 2018-12-03
• 公開（公告）號: CN109559905A
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發明（設計）人: 林志丹;孔德濱
• 申請（專利權）人: 暨南大學
• 主分類號: H01G11/86
• 分類號: H01G11/86;H01G11/30;H01G11/36;H01G11/40;H01G11/34;H01G11/44;H01G11/48
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 陳燕嫻;雷月華

本發明屬于功能高分子復合材料技術領域，具體涉及一種聚乙烯醇?碳納米纖維柔性復合材料及其制備方法與應用。該方法以聚乙烯醇水凝膠作基本骨架，以碳納米纖維作為導電物質和活性物質來增加聚乙烯醇水凝膠的導電和貯能作用，由于水凝膠的成型與碳納米纖維的復合同步實現，因此柔性基底與導電物質的結合力強，所得柔性復合材料具有良好的力學強度、柔性以及電化學性能。該材料中使用的碳納米纖維采用來源廣泛且成本低廉的細菌纖維素為碳源，其制備方法簡單，所得材料在柔性儲能材料以及超級電容器應用領域具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于功能高分子復合材料技術領域，具體涉及一種聚乙烯醇-碳納米纖維柔性復合材料及其制備方法與應用。

背景技術

超級電容器是一種重要的環境友好型儲能器件，由于其功率密度高，循環穩定性好，使用壽命長等優點備受關注。近年來，隨著可穿戴電子設備的不斷發展，柔性可折疊的超級電容器成為研究人員相繼追逐的熱點，目前，制備柔性超級電容器的關鍵在于制備一種柔性電極材料。

現有柔性電極的主要制備方法如下：首先，在柔性基底上覆蓋一層導電物質，然后將活性物質涂覆或原位長在基底上。其中，柔性基底包括不導電的柔性基底(如A4紙、棉線、PET膜)和導電的柔性基底(如金屬箔片和碳布)。然而，上述方法中受柔性基底本身的性質影響，其與導電物質的結合力弱，因此產品電極的導電性和穩定性往往很不理想。

發明內容

為克服現有技術的缺點和不足，本發明的首要目的在于提供一種聚乙烯醇-碳納米纖維柔性復合材料的制備方法。該方法將具有良好導電性的碳納米纖維引入聚乙烯醇水凝膠中，可得到具有導電和貯能功能的聚乙烯醇-碳納米纖維柔性復合材料，該材料可作為超級電容器的柔性電極材料。

本發明的另一目的在于提供一種由上述制備方法得到的聚乙烯醇-碳納米纖維柔性復合材料。

本發明的再一目的在于提供上述聚乙烯醇-碳納米纖維柔性復合材料的應用。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種聚乙烯醇-碳納米纖維柔性復合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將細菌纖維素(BC)浸泡在水中除酸，取出，冷凍干燥，然后進行高溫碳化，得到碳納米纖維(CNF)；將碳納米纖維加入到去離子水中，超聲分散，配成分散液，然后將聚乙烯醇(PVA)加入到上述分散液中，加熱至85～95℃直至PVA完全溶解，然后降溫至50～60℃靜置以除去氣泡，得到PVA/CNF混合溶液；

(2)將PVA/CNF混合溶液倒入模具中，進行循環凍融成型，得到水凝膠，然后將水凝膠放入水中，洗滌浸泡，取出，擦去表面多余的水，即得到所述的聚乙烯醇-碳納米纖維柔性復合材料。

步驟(1)和步驟(2)中所述的水優選為去離子水。

步驟(1)中所述的浸泡在水中除酸的時長優選為7天。

步驟(1)中所述的冷凍干燥的方法優選為首先在液氮中冷凍0.5～2h，然后在真空條件及-45～-55℃下冷凍干燥12～24h。

步驟(1)中所述的高溫碳化的條件優選為在惰性氣氛及600～1000℃下保溫1～4h。

步驟(1)中所述的惰性氣氛更優選為氮氣或氬氣。

步驟(1)中所述的高溫碳化的裝置優選為管式爐，升溫速率優選為在低于400℃時為0.3～2℃/min，在高于400℃時為4～10℃/min。

步驟(1)中所述的的分散液中的CNF的濃度優選為0.1～5mg/mL。

步驟(1)中所述的PVA的聚合度優選為1000～5000，水解度優選為85～99％。