[发明专利]一种纤维素纳米纤维电致变色超级电容器的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种有机基底的柔性电致变色薄膜超级电容器，具体涉及一种纤维素纳米纤维基柔性电致变色薄膜超级电容器的制备方法，属于柔性电致变色超级电容器领域。

背景技术

柔性电致变色薄膜超级电容器以其优良的柔韧性和导电性以及独特的电致变色性能，在显示器件、电子图书、电致变色智能窗、无眩反光镜，以及军事防伪、传感、通信、电致驱动等领域具有十分吸引人的应用前景，从而受到了越来越广泛的关注。目前柔性电致变色薄膜超级电容器一般是以金属氧化物、碳材料、导电高分子等材料作为透明导电层，以无机变色材料或具有变色能力的导电聚合物为电致变色层，沉积在柔性的高聚物基底上制备而成的。与无机电致变色材料相比，导电聚合物电致变色材料具有响应速度快、颜色变化丰富、易加工、易分子设计及成本低廉等优点。而聚苯胺(PANI)被认为是最有前途的导电聚合物之一，其价格低廉，对于空气氧化有极佳的稳定性，同时具有易加工、易质子酸掺杂、通过掺杂和去掺杂使其具有可控的导电性能、颜色变化丰富等优点，具有潜在的应用价值。

基底材料是柔性电致变色薄膜超级电容器的重要组成部分，不仅对超级电容器的机械性能起决定性作用，而且对其电化学性能具有重要影响。常用的高聚物基底有聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚碳酸酯(PC)、聚酰亚胺(PI)等，它们具有优异的柔韧性和透明性，但是加工温度低、热膨胀系数高、难以生物降解与循环再生等缺陷，极大限制了其进一步应用。

为了提高柔性电致变色薄膜超级电容器的综合性能，迫切需要找到一种电化学稳定性优良，力学性能优异，且廉价、绿色、可再生的新型柔性透明基底材料。而在对以纤维素为代表的天然高分子的研究中发现，纤维素纳米纤维(Cellulose Nanofibers,CNFs)作为以植物纤维为原料，采用2,2,6,6-四甲基哌啶-氮-氧化物(TEMPO)催化氧化法制备出的纳米级纤维素纤维，具有直径小(大约3～4nm)、长径比大(超过250)、弹性模量高(140～150GPa)、密度小(1.6g·cm^-3)、结晶度高(70％～95％)等特点。最重要的是CNFs具有良好的成膜性，制得的薄膜不仅柔韧、光学透过性高，且具有折射系数大、机械强度高、溶胀系数低、热膨胀系数小以及氧气阻隔性能好等优良的综合性能，使得以CNFs膜为基底制备的柔性电致变色薄膜超级电容器具有轻薄、可生物降解、无毒、性能稳定、耐用可弯折等诸多优点，使其成为可以替代传统高聚物基底的材料，如公开号为102737786A名为“一种纤维素纳米纤维基柔性透明导电膜的制备方法”的专利所制备的CNFs薄膜就具有上述的优良性质，而此种材料还有待于进一步应用性开发以挖掘其实用价值。

发明内容

本发明的目的是为了解决传统高聚物基底存在的加工温度低、热膨胀系数高、难以生物降解与循环再生的问题，提供一种纤维素纳米纤维基柔性电致变色薄膜超级电容器的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种纤维素纳米纤维电致变色超级电容器的制备方法，包括如下步骤：

A、将CNFs/[Cu²⁺-GO]_n复合薄膜浸入PANI分散液中，取出清洗干燥后浸入PEDOT:PSS分散液中，取出清洗干燥，重复前述步骤m次，最后得CNFs/[Cu²⁺-GO]_n/[PANI-PEDOT:PSS]_m复合膜；

B、将制得的CNFs/[Cu²⁺-GO]_n/[PANI-PEDOT:PSS]_m膜经过稀盐酸处理、HI酸还原得CNFs/RGO_n/[PANI-PEDOT:PSS]_m复合导电膜；

C、将双片CNFs/RGO_n/[PANI-PEDOT:PSS]_m复合导电膜做电极，以H₂SO₄–PVA凝胶为电解质、组装为双电极体系的超级电容器S-RGPP。