[發明專利]一種納米纖維紗線超級電容器的制備方法

有效

• 申請號: 201910491229.2
• 申請日: 2019-06-06
• 公開（公告）號: CN110164714B
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 許杰;楊源;陳澤琦;黃成豪;紀輝;范玲玲;葉德展;徐衛林
• 申請（專利權）人: 武漢紡織大學
• 主分類號: H01G11/84
• 分類號: H01G11/84;H01G11/86;H01G11/26;H01G11/30;B82Y30/00
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所 42001
• 代理人: 王敏鋒

本發明涉及超級電容器的制備方法，特別是一種納米纖維紗線超級電容器的制備方法，屬于電子技術領域。所述制備方法包括如下步驟：(1)將細菌纖維素洗凈(2)配置碳納米管分散液(3)將洗凈的細菌纖維膜剪成長條后浸泡在碳納米管溶液中(4)以不銹鋼絲為芯絲，細菌纖維素膜為外包纖維通過機械加捻為細菌纖維素包芯紗(5)對得到的包芯紗進行電化學沉積(6)涂覆凝膠電解液，組裝成對稱超級電容器。該制備方法工藝流程簡單、無污染，成本較低，條件易控，能量消耗少，得到的納米纖維紗線超級電容器具有良好的柔韌性和可織性，同時具有較高的比容量、優異的循環穩定性等，有利于高性能納米纖維紗線超級電容器的規模化生產。

技術領域

本發明涉及超級電容器的制備方法，特別是一種納米纖維紗線超級電容器的制備方法，屬于電子技術領域。

背景技術

超級電容器結合了電池與傳統電介質電容器的優勢，其高能量密度和高功率密度填補了電池和傳統電介質電容器之間的空白。導電聚合物作為一種超級電容器電極的材料，由于該類材料在充放電時也是發生的氧化還原反應，具有很高的比容量，同時易于合成、制備成本較低，所以近年來在超級電容器領域發展極為迅速。紗線超級電容器以其良好的柔韌性和可織性成為可穿戴電子產品和智能紡織品的研究熱點。純金屬纖維由于其良好的機械強度和導電性，在制造高性能的紗線超級電容器中常被用作集流器。導電聚合物具有良好的電化學性能、制備簡便和生物相容性好等優點，常被引入纖維電極中以增強電容。但是紗線超級電容器無法規模化生產，且其比電容低，循環穩定性、能量轉化效率差等問題限制了其它的應用。

中國專利公開號CN108364797A，公開日2018年8月3日，發明名為一種碳納米管織物電極及紗線電極的制備方法及電極的應用。該方法將碳納米管通過浸潤分散在織物和紗線表面，然后對其進行原位聚合得到導電織物和紗線。此方法得到的織物電極和紗線電極能量轉換效率不高，且比容量偏低，很難實現高的倍率特性。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的在于提供一種納米纖維紗線超級電容器的制備方法。

為了實現上述目的，本發明的技術解決方案為。

一種納米纖維紗線超級電容器的制備方法，所述的制備方法按以下步驟進行：

a.將細菌纖維素納米纖維膜浸泡在濃度為0.1～1mol/L的氫氧化鈉溶液中1h，用去離子水反復沖洗，去除表面的培養基和雜質，再將處理后的細菌纖維素膜剪切成寬6-10mm的長條。

b.將羧甲基纖維素、十二烷基苯磺酸鈉、羧基化碳納米管和去離子水按質量比1:1:1:100混合，超聲1h后連續攪拌直至完全溶解形成碳納米管的分散液。

c.將長條狀細菌纖維素膜浸泡在碳納米管的分散液中10-15min后，取出作為外包纖維，采用直徑0.02mm的不銹鋼絲作為芯絲，通過機械加捻將外包纖維加捻到芯絲上得到直徑為0.4-0.6mm的導電包芯紗，其中捻度為50-60捻/10cm。

d.配制濃度為0.1～1mol/L的吡咯單體溶液，然后向吡咯單體溶液中加入0.1～0.6mol/L的對甲苯磺酸溶液配制成電化學鍍液。

e.將制得的導電包芯紗作為工作電極，鉑電極作為對電極，采用兩電極電化學氧化法，先施加1.5～3V的恒電壓反應1h，然后將電壓升至5～8V的恒電壓反應2h，反應結束后用去離子水清洗，接著放入60℃的鼓風干燥機中干燥，得到復合電極材料。

f.按質量比為1:1:10的配比制得硫酸、聚乙烯醇和去離子水的混合溶液，將混合溶液置于水浴鍋中在85℃條件下攪拌1h，冷卻后得到凝膠電解質，將凝膠電解質涂覆于復合電極表面，然后將兩根涂覆后的復合電極通過加捻的方法組裝成納米纖維紗線超級電容器。

所述的長條狀細菌纖維素膜的寬度與導電包芯紗的直徑比例為15:1。

所述的組成的納米纖維紗線超級電容器為對稱超級電容器。