[发明专利]一种线状柔性全碳超级电容器电极的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及超级电容器的制备领域，特别涉及一种线状柔性全碳超级电容器电极的制备方法及应用。

背景技术

随着全球煤、石油等不可再生能源的消耗，未来能源危机是人类必须面临的问题。发展新能源是未来面对重要议题，如氢能、电能等。但新能源的存储和连续供应性是必须解决的一个问题，其中超级电容器是一种重要的技术。研究高功率密度和高能量密度的超级电容器材料需要付出大量的努力。其中碳基超级电容器材料是最具有实用价值的材料。合成高表面积和多孔碳材料有利于获得高比电容的超级电容器性能。目前合成的多孔碳材料的方法有模板法和表面活性剂法等，但这些合成工艺繁琐，并且合成的粉体用于再构建器件，性能会大打则扣。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种线状柔性全碳超级电容器电极的制备方法，合成方法简单，成本低，得到的线状柔性全碳超级电容器电极具有高比电容和高柔性。

本发明的另一目的还在于提供上述线状柔性全碳超级电容器电极的应用。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种线状柔性全碳超级电容器电极的制备方法，包括以下步骤：

（1）将碳纤维浸入酸溶液中，超声处理0.5～5小时，然后在110～130℃加热3～10分钟；冷却后取出碳纤维，用去离子水冲洗干净；所述酸溶液由硫酸和硝酸按体积比3:1组成；

（2）真空干燥，得到线状柔性全碳超级电容器电极。

在进行步骤（1）之后，将碳纤维进行还原处理，再进行步骤（2）。

所述还原处理，具体为：将碳纤维浸入硼氢化钠溶液或水合肼溶液中。

所述真空干燥具体为：在60～100℃真空干燥12～24小时。

上述线状柔性全碳超级电容器电极用于制备固态超级电容器。

所述制备固态超级电容器，具体步骤如下：

在硫酸溶液中加入PVA粉末，在搅拌下加热到80～90℃直到溶液变得澄清，得到H₂SO₄/PVA凝胶电解质；在线状柔性全碳超级电容器电极的一端预留出作为引出电极的一段，将线状柔性全碳超级电容器电极在H₂SO₄/PVA溶液中浸泡1～10分钟，然后从H₂SO₄/PVA溶液中移除，在室温下固化；将线状柔性全碳超级电容器电极预留出作为引出电极的一段分为两束，作为两个对称的引出电极，得到固态超级电容器。

与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

（1）本发明采用低温酸氧化法，利用酸氧化，在120摄氏度下反应1～10分钟即可一步获得线状柔性全碳超级电容器电极，制备工艺简单，成本低。

（2）本发明制备的线状柔性全碳超级电容器电极在溶液电解质(1M H₂SO₄)和固体电解质(H₂SO₄/PVA)均有优秀的循环特性。

（3）本发明制备的线状柔性全碳超级电容器电极应用于固态超级电容器，可以达到高的超级电容器器件能量密度和功率密度。

（4）本发明制备的线状柔性全碳超级电容器电极应用于固态超级电容器，有优秀的电学性质和机械性质。

附图说明

图1是实施例1的通过扫描电镜获得的原始碳纤维宏观形貌图。

图2是实施例1的通过扫描电镜获得的酸处理后碳纤维的宏观形貌图。

图3是实施例1的通过扫描电镜获得的碳纤维@多孔碳纤维的微观形貌图。

图4是实施例1的通过扫描电镜获得的碳纤维@多孔碳纤维的核壳结构的微观形貌图。

图5是实施例1的通过透射电镜获得的多孔碳壳的微观形貌图。

图6是实施例1的通过氮气吸脱附得到的碳壳孔径分布图。

图7是实施例1中碳纤维@多孔碳纤维的CV测试结果。

图8是实施例1中碳纤维@多孔碳纤维的不同循环速度CV测试结果。

图9是实施例1中碳纤维@多孔碳纤维的不同充放电电流密度的测试结果。

图10是实施例1中碳纤维@多孔碳纤维的循环稳定性测试结果。

图11是实施例2中还原碳纤维@多孔碳纤维CV结果图。

图12是实施例5中固态超级电容器的CV结果。

图13是实施例5中固态超级电容器的充放电结果。

图14是实施例5中固态超级电容器循环稳定性结果。