[發(fā)明專利]一種納米纖維基柔性陣列結(jié)構(gòu)電極及其制備方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201910171996.5 | 申請日： | 2019-03-07 |
| 公開（公告）號： | CN109859954B | 公開（公告）日： | 2020-11-03 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 李曉燕;姚繼明;閻若思;張維 | 申請（專利權(quán)）人： | 河北科技大學(xué) |
| 主分類號： | H01G11/24 | 分類號： | H01G11/24;H01G11/26;H01G11/46;H01G11/36;H01G11/86;D01F1/10;D01F9/21;D01F9/22 |
| 代理公司： | 石家莊國為知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所 13120 | 代理人： | 米文智 |
| 地址： | 050018 *** | 國省代碼： | 河北;13 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 納米 纖維 柔性 陣列 結(jié)構(gòu) 電極 及其 制備 方法 | ||
本發(fā)明涉及電化學(xué)材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種納米纖維基柔性陣列結(jié)構(gòu)電極及其制備方法。該電極由內(nèi)層紡絲溶液和外層紡絲溶液經(jīng)靜電紡絲、碳化、水熱生長和電沉積制得，所述內(nèi)層紡絲溶液中包括聚丙烯腈(PAN)、精對苯二甲酸(PTA)、酸化碳納米管(AC?MWNTs)和溶劑，所述外層紡絲溶液中包括聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、無機(jī)鋅鹽、精對苯二甲酸和溶劑。其制備方法增加了碳纖維柔性，并且，ZnO可以直接在同軸紡絲過程中加入前驅(qū)體中，使納米ZnO均勻且牢固地負(fù)載于碳納米纖維外表面，免去晶種涂覆過程，從而使該方法簡易、高效、普適性強(qiáng)、低成本且環(huán)境友好，所得產(chǎn)品集柔性特質(zhì)、雙金屬贗電容性能于一身，且可自成獨(dú)立電極。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及電化學(xué)材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種納米纖維基柔性陣列結(jié)構(gòu)電極及其制備方法。
背景技術(shù)
近年來，隨著科技的不斷發(fā)展，電子器件逐漸微型化、輕量化和柔性化，如：柔性驅(qū)動器、分布式傳感器、柔性顯示屏及可穿戴多媒體器件等。因此，需要發(fā)展柔性、質(zhì)輕、便攜的高性能能源存儲裝置，以順應(yīng)可穿戴電子設(shè)備在輕薄、耐沖擊、高儲能以及便攜性等方面的要求。雖然目前普遍發(fā)展的超級電容器具有很多顯而易見的優(yōu)點(diǎn)，如充放電速率快、循環(huán)壽命長、作用溫度范圍廣等，但其剛性大、份量重、能量密度低的缺點(diǎn)阻礙了其在輕、薄、高性能電子設(shè)備方面的實(shí)際應(yīng)用。
電極的比電容和柔性特質(zhì)直接決定了超級電容器的能量密度和柔性可穿戴性能。在制備柔性高性能電極材料方面，采用靜電紡絲法制備的連續(xù)納米纖維因具有比表面積大，孔隙豐富及吸附性能強(qiáng)等特點(diǎn)而具有較大的應(yīng)用潛力。然而納米纖維經(jīng)碳化后出現(xiàn)脆性，易于斷裂，使其應(yīng)用發(fā)展受限。目前很多研究旨在解決此方面問題，如使用多步熱牽伸處理、優(yōu)化活化工藝(如水蒸氣、NH3、KOH、CO2活化等)、紡絲前驅(qū)體中加入制孔劑(如PMMA、ZnCl2、SiO2等)。使用多步熱牽伸處理的方法制備的碳納米纖維電極雖在纖維柔性方面有一定的提高，但一般只存在微孔(2nm)，吸附和傳遞離子作用有限，大大限制了其電容倍率性能；后兩種方法雖然在多級孔徑構(gòu)筑方面有一定的提高，但作為電極使用時仍需要加入少許粘合劑和導(dǎo)電劑等，粘合劑的使用帶來額外電阻的同時會阻塞電極材料的部分孔徑，大大降低其電容性能。
氧化鋅(ZnO)具有良好的電化學(xué)活性、環(huán)境友好性及較高載流子速率，且能夠在低溫條件(100℃)下可控構(gòu)筑不同形貌的三維結(jié)構(gòu)，可作為良好的承載支架或直接作為電極活性材料，成本低廉，在超級電容器領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。但由于纖維基底與ZnO之間的晶格匹配較差，傳統(tǒng)的方法需要在生長ZnO納米棒陣列之前采取表面浸漬或涂覆ZnO晶種，普遍存在ZnO晶種負(fù)載不均勻、牢度較差、生長過程較繁瑣費(fèi)時的問題。
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中表面浸漬或涂覆ZnO晶種存在ZnO晶種負(fù)載不均勻、牢度較差、生長過程較繁瑣費(fèi)時的問題，本發(fā)明提供一種納米纖維基柔性陣列結(jié)構(gòu)電極。
以及，本發(fā)明還提供一種上述納米纖維基柔性陣列結(jié)構(gòu)電極的制備方法。
為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明實(shí)施例采用了如下技術(shù)方案：
一種納米纖維基柔性陣列結(jié)構(gòu)電極，由內(nèi)層紡絲溶液和外層紡絲溶液經(jīng)靜電紡絲、碳化、水熱生長和電沉積制得，所述內(nèi)層紡絲溶液中包括聚丙烯腈、精對苯二甲酸、酸化碳納米管和溶劑，所述外層紡絲溶液中包括聚乙烯吡咯烷酮、無機(jī)鋅鹽、精對苯二甲酸和溶劑。
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