[發明專利]一種碳纖維基石墨烯/納米聚苯胺復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 202010897180.3
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN112038114B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 吳小園;廖敏會;周雄;陳安國;刁思強;陳曉濤;劉富亮;劉江濤;石斌
• 申請（專利權）人: 貴州梅嶺電源有限公司
• 主分類號: H01G11/86
• 分類號: H01G11/86;H01G11/26;H01G11/30;H01G11/32;H01G11/48
• 代理公司: 貴州派騰知識產權代理有限公司 52114
• 代理人: 周黎亞

本發明屬于新型能量存儲裝置領域，具體涉及一種碳纖維基石墨烯/納米聚苯胺復合材料的制備方法；本發明以柔性功能化碳纖維布作為基底材料，采用水熱法或高溫煅燒法，復合還原劑在柔性碳纖維布表面還原生長石墨烯，形成牢固、均勻的包覆層，再通過電化學聚合法在石墨烯和碳纖維表面聚合生長納米聚苯胺陣列得到碳纖維基石墨烯/納米聚苯胺復合材料；本發明制備的碳纖維基石墨烯/納米聚苯胺復合材料作為超級電容器電極材料，在0.2A/g電流密度下，比容量達535F/g，以1A/g的電流密度循環8000周容量保持率為92.5％。

技術領域

本發明屬于新型能量存儲裝置領域，具體涉及一種碳纖維基石墨烯/納米聚苯胺復合材料的制備方法。

背景技術

超級電容器(Supercapacitors)也稱電化學電容(ElectrochemicalCapacitors)，是一類性能介于物理電容器和蓄電池之間的新型儲能器件，其容量可達幾百甚至上千法拉。具有高功率、快充放電、長循環壽命、高安全性以及免維護等優點。因此，以超級電容器為代表的能量存儲裝置受到了廣泛重視。柔性超級電容器的柔韌性好、易集成、電化學性能優越等諸多優點可廣泛應用在高科技裝備如先進無線電臺、通信設備、防彈背心等，以及手機、掌上電腦、可穿戴等民用產品。柔性電子科學及電子產品對其所配套電源的能量密度、安全性、便攜、質輕等要求越來越高，開展柔性超級電容器關鍵技術研究成為最具發展潛力的方向之一。其中，通過將活性物質原位生長在柔性基底上制備的柔性一體化的電極片能消除傳統工藝中添加粘結劑對器件的電容性能和穩定性帶來的負面影響，具有較好的比容量和循環穩定性，因此，柔性一體化的新型儲能裝置具有很大的應用前景。

石墨烯材料具有優異的電化學性能，作為新興材料廣泛應用于超級電容器電極材料研究領域。為了實現超級電容器電極材料的高柔性，具有二維層狀結構的石墨烯材料成為了最佳選擇。為了更好的提高石墨烯的性能，將聚苯胺與石墨烯進行結構設計形成復合材料，聚苯胺結構中的苯環與石墨烯發生π－π共軛作用，氨基與石墨烯上的官能團發生靜電相互作用，可以有效的抑制石墨烯團聚，以及充放電過程中聚苯胺的結構坍塌，增加材料的穩定性。同時聚苯胺具有可逆的多重氧化還原態、高的導電率、快速的摻雜-脫摻雜能力和經濟成本低等特性，能提供有較高的理論電容量，使得導電率、贗電容性質和材料可加工性均得到提高，擴寬了石墨烯復合材料的應用范圍。所以，石墨烯/聚苯胺復合材料可以滿足超級電容器柔性化、高能量密度等需求。

本發明以柔性碳纖維布作為基底材料，對碳纖維布進行功能化有效提升材料的親水性和電容量。功能化碳纖維復合分別具有雙電層和贗電容效應的石墨烯和納米聚苯胺材料，將納米聚苯胺電活性材料引入石墨烯片層中，實現了強協同效應，以提高比容量、功率密度以及循環壽命等。傳統方法中多采用單一的方式進行氧化石墨烯還原并與柔性基底復合，存在材料間結合力不強，氧化石墨烯還原不完全，易形成團聚等問題。同時復合聚苯胺材料多采用引發聚合使得制備時間長，而直接添加聚苯胺材料，則使得復合材料間結合力差，在充放電的過程中容易發生結構坍塌，降低復合材料的穩定性。本發明采用還原劑復合水熱法或還原劑復合高溫煅燒法，通過雙還原在柔性碳纖維布表面還原生長牢固、均勻的石墨烯包覆層。然后通過電化學聚合法快速生長納米聚苯胺陣列得到碳纖維基石墨烯/納米聚苯胺復合電極材料。該材料具有高電化學容量和良好的循環穩定性，作為柔性超級電容器電極材料具有很大的應用前景。

發明內容

本發明針對現有技術存在的不足，提出了一種碳纖維基石墨烯/納米聚苯胺復合材料的制備方法。

具體是通過以下技術方案來實現的：

本發明的目的在于提供一種碳纖維基石墨烯/納米聚苯胺復合材料的制備方法，利用水熱法或高溫煅燒法，復合還原劑在柔性碳纖維上還原生長石墨烯，然后通過電化學聚合法在碳纖維表面聚合苯胺，形成聚苯胺納米陣列，得到碳纖維基石墨烯/納米聚苯胺復合材料。

進一步的，前述的碳纖維基石墨烯/納米聚苯胺復合材料的制備方法，包括如下步驟：