[发明专利]基于纺织纤维和电沉积聚吡咯制备柔性超级电容器

说明书

技术领域

本发明属于导电聚合物和碳纳米管用于柔性超级电容器的制备技术领域，具体为一种基于纺织纤维、聚吡咯和碳纳米管制备纤维状柔性超级电容器的制备方法。

背景技术

随着环境污染，能源紧缺等一系列问题的不断凸显，新型环保能源及其储能装置的研究得到愈来愈多的关注。其中超级电容器受到广泛重视。

超级电容器，又称电化学电容器，是建立在德国物理学家Helmholtz所提界面双电层理论基础上的一种全新电容器，性能介于普通电容器与二次电池之间，填补了二者之间空白。同时，其自身较二次电池具有循环寿命更长、功率密度更大、维护更简单、充电速度更快等一系列优点。事实上，在计算机存储备份系统、便携式消费性电子产品、混合动力汽车、工业规模电力和能源管理等方面，已经展现出瞩目的潜能。并且随着人们生活要求的提高及电子产品的发展，具有质轻、尺寸小、可穿戴的柔性超级电容器受到人们的关注。

柔性超级电容器就是是一类可折叠、质轻、可穿戴的超级电容器，正在被广泛地研究使得其满足特殊环境的需求。柔性超级电容器既有超级电容器电容大，性能稳定等特点，也具有柔性、可折叠的特点，可用于如可穿戴储能器、可折叠电子产品等。

在超级电容器中，电极材料是关键，它决定电容器的主要性能指标。常用的电极材料有多孔炭材料、金属氧化物和导电聚合物，其中多孔炭材料研究最为热门，且已有成效。制备柔性电容器的关键是电极的制备，电极也需具有柔性特点，故将成为未来超级电容器发展的一个重要方向。要满足此类电容器的研发，需其内部各成分的柔性协调。

导电纺织纤维是其中很有前景的方向。因为纺织纤维本身具有柔性且可编织为各种织物布料，而一般的纺织纤维不导电。于是，如何简单得制得有良好电化学和柔性的导电纺织纤维成为主要问题。

碳纳米管 (Carbon nanotubes CNT)是20世纪90年代初发现的一种纳米尺寸管状结构炭材，因其独特的纳米尺度的中空结构和孔隙性能、结晶度高、较大的比表面积、良好的导电性,极好的化学和热稳定性，因而被认为是超级电容器的理想电极材料，将其用作超级电容器电极材料引发研究的新热潮。

再者，有机导电高分子如聚吡咯(PPy)、聚苯胺(PAn)和聚噻吩(PTh)等是一类具有长链共轭结构的高分子聚合物，具有原料易得、合成简便、柔韧性好、氧化还原反应可逆以及理论容量高等优点，是作为柔性超级电容器电极的理想材料。

再由导电纺织纤维制得高性能的柔性电容器是具有可行性和发展前景的。

因此，本发明采用导电聚合物和碳纳米管制得柔性超级电容器，对该研究领域有深刻而长远的影响。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明的目的在于采用碳纳米管/导电聚合物制得柔性超级电容器，其具体技术方案如下：

一种基于纺织纤维、碳纳米管和聚吡咯制备纤维状柔性超级电容器的制备方法，具体步骤如下：

第一，制备碳纳米管/纺织纤维

将纺织纤维洗净，干燥备用；碳纳米管分散于有机溶剂形成分散液，通过超声、滴涂和浸涂等方法使碳纳米管附着于纺织纤维得到碳纳米管/纺织纤维；

第二，制备聚吡咯/碳纳米管/纺织纤维

首先配制用于电化学沉积聚吡咯的溶液：高氯酸锂溶于蒸馏水，加入表面活性剂或不加表面活性剂，制成浓度为0.01~0.5 M的高氯酸锂溶液，然后在通氮气条件下加入吡咯，吡咯浓度为0.05~0.5 M；再通过电化学工作站将聚吡咯沉积到碳纳米管/纺织纤维上，制得聚吡咯/碳纳米管/纺织纤维；

第三，制备纤维状柔性超级电容器

将PVA/H₃PO₄电解液均匀涂抹到两根聚吡咯/碳纳米管/纺织纤维上，并将涂有电解液的部分相互平行靠近并固定，一根作为正极，一根作为负极，组装得纤维状柔性超级电器。

进一步的，所述聚吡咯/碳纳米管/纺织纤维的制备方法如下：

借助电化学工作站，采用三电极体系，以复合导电纤维为工作电极，铂丝为对电极，在沉积电压0.5~1.0 V，沉积时间50~800 s条件下沉积聚吡咯，制得聚吡咯/碳纳米管/纺织纤维。

进一步的，所述纺织纤维为涤纶等合成纤维或棉线、蚕丝等天然纤维。