[发明专利]负载聚苯胺纳米粒子的石墨烯纤维超级电容器的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纤维超级电容器的制备方法，尤其涉及一种负载聚苯胺纳米粒子的石墨烯纤维超级电容器的制备方法。

背景技术

 超级电容器，又叫双电层电容器、电化学电容器, 黄金电容、法拉电容，是建立在德国物理学家亥姆霍兹提出的界面双电层理论基础上的一种全新的电容器，通过极化电解质来储能。它是一种电化学元件，但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。碳材料因其具有的高比表面积、高导电率以及低廉的价格，使得其成为超级电容器的首选材料。

作为二维碳材料的代表，石墨烯于2004年被英国的A. K. Geim (K. S. Novoselov, et al. Science, 2004, 306, 666-669)发现至今已在科研领域与工业领域开拓了新的方向。石墨烯是最薄的二维材料，而且具有极高的强度、极大比表面积以及极高的导电率。这一切优点使得它具有成超级电容器的能力。同时，以天然石墨为原料，我们可以通过化学氧化-还原法来实现批量生产氧化石墨烯，进而还原得到杂官能团含量较少的石墨烯。这也为石墨烯超级电容器的工业化打下了基础。

但是目前市面上的电容器多以纸状或者固体状存在，液体电解质的使用大大限制了电容器的应用范围，使得电容器较为笨重与庞大。并且全碳材料本身提供的双电层电容比容量值很小，难以满足大容量的需求。

发明内容

本发明的目的是提出一种负载聚苯胺纳米粒子的石墨烯纤维超级电容器的制备方法，为超级电容器的组装形式提供新思路，进而获得不错的电化学性能。

负载聚苯胺纳米粒子的石墨烯纤维超级电容器的制备方法包括以下步骤： 

1）将1重量份的氧化石墨烯原料溶于1000重量份的去离子水，在超声浴中处理，得到氧化石墨烯溶液；

2）将氧化石墨烯溶液经浓缩后，得到10-20mg/ml的氧化石墨烯分散液；

3）将氧化石墨烯分散液用100-200微米口径的纺丝头挤出到凝固液中，所得纤维静置后取出并烘干得到氧化石墨烯纤维；

4）将氧化石墨烯纤维置于还原氛围中，80-95摄氏度下还原，得到石墨烯纤维；

5）将还原好的石墨烯纤维浸泡于含有苯胺的高氯酸/乙醇溶液中，并于一定温度下加入过硫酸铵，静置一段时间得到负载有聚苯胺纳米粒子的石墨烯纤维；

6）将两根石墨烯纤维固定于基底上，保持间距，两根石墨烯纤维两端用导电材料固定，中间涂覆包裹凝胶电解质，自然风干得到石墨烯纤维超级电容器。

优选地，所述浓缩为15000转每分钟进行离心或者真空抽滤。

优选地，步骤3）所述的凝固液配方是：乙醇与水的体积比为1:3到3:1，氯化钙的质量百分含量为1%到10%。

优选地，所述还原氛围是水合肼蒸汽、碘化氢溶液、维生素Ｃ溶液、热还原中的一种或多种。

优选地，步骤４）所述石墨烯纤维的直径在20-150微米。

优选地，步骤5）所述的石墨烯纤维的长度在2cm到20cm之间。

优选地，步骤5）所述聚合反应体系中的苯胺与过硫酸铵的浓度分别为0.045mol/L到0.05mol/L、 0.03mol/L到0.035mol/L，高氯酸浓度为1mol/L，乙醇浓度为3.5mol/L，所述聚合反应体系保持在零度到零下10度进行。

优选地，步骤6）所述两根负载聚苯胺纳米粒子的石墨烯纤维的固定方式为平行排列、通过双面胶固定于基底上，所述石墨烯纤维间距为3-5mm，所述的基底为聚对苯二甲酸乙二酯透明弹性塑料薄膜。

优选地，步骤6）所述的导电材料为铜、银、金、铂或者高导电率的导电塑料。

优选地，步骤6）所述凝胶电解质的配方为：按质量算，聚乙烯醇：水：磷酸=1:10:1。

 本发明阐述了一种新型的制备柔性的负载有聚苯胺纳米粒子的石墨烯纤维材料组装成具有良好弹性的全固态超级电容器。这类纤维状电容器由于具有良好的柔性故而比传统的超级电容器在携带与运输以及使用方向上都有很大的补充。不仅如此，我们采用的新型湿法纺丝的技术对于大规模、连续化生产高性能纤维进而得到可编织的超级电容器成为了可能。更加值得期待的是，负载的聚苯胺纳米粒子提供的赝电容大大增强了纯石墨烯纤维的性能，组装的超级电容器比容量为纯石墨烯纤维的20倍，这为满足高能量储存的需求提供了

有力的保证。

本发明与现有技术相比具有的有益效果：

1）原料采用氧化石墨烯，原料易得、成本低；