[发明专利]一种同轴石墨烯纤维超级电容器及其制备方法

权利要求书

1.一种同轴石墨烯纤维超级电容器，其特征在于，所述电容器为四层结构的纤维，长度为0.5~20厘米，包括位于中心的石墨烯轴纤维、包覆于石墨烯轴纤维外的聚合物层，位于聚合物层外侧的石墨烯管状纤维以及位于石墨烯管状纤维外侧的聚合物层，所述石墨烯轴纤维的直径为20~150μm，石墨烯轴纤维的质量线密度与石墨烯管状纤维的质量线密度一致。

2.一种权利要求1所述的同轴石墨烯纤维超级电容器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将1重量份的氧化石墨烯溶于50-1000重量份的去离子水中，分散后得到质量分数为0.1-2%的氧化石墨烯分散液；

（2）将氧化石墨烯分散液用100-500微米口径的纺丝头挤出到凝固液中，得到凝胶纤维；将所得的凝胶纤维静置后取出，以单根形态或多股形式在室温下自然干燥，得到氧化石墨烯纤维；

（3）将步骤2得到的氧化石墨烯纤维还原，将还原后的纤维在乙醇与水按照体积比1:1混合得到的混合溶剂中浸泡12小时以上，浸泡后在室温下自然干燥，得到石墨烯纤维；

（4）将石墨烯纤维涂覆质量分数为10~30%的聚合物溶液，干燥固化后得到聚合物包覆的石墨烯纤维；

（5）将聚合物包覆的石墨烯纤维浸涂浓度为2mg/mL的氧化石墨烯分散液中，并在室温下自然干燥，即在聚合物包覆的石墨烯纤维外层得到氧化石墨烯管状纤维。

3.（6）将步骤5得到的纤维还原，在乙醇与水按照体积比1:1混合得到的混合溶剂中浸泡12小时以上，浸泡后在室温下自然干燥；

（7）将步骤6得到的纤维浸涂聚合物电解质，并在电解质溶液中溶胀10h以上，得同轴石墨烯纤维超级电容器。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述的凝固液中，溶质为氯化钙，质量分数为1~10%，溶剂为乙醇与水按照体积比1:3~3:1组成的混合溶液。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）中的聚合物溶液为聚乙烯醇的水溶液，步骤（7）中的聚合物电解质为聚乙烯醇、水、质量分数为98%的硫酸按照质量比1:10:1组成的混合溶液；步骤（7）中的电解质溶液为水、质量分数为98%的硫酸按照质量比10:1组成的混合溶液。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）中的聚合物溶液为聚偏氟乙烯的N,N-二甲基甲酰胺溶液，步骤（7）中的聚合物电解质为聚偏氟乙烯、N，N-二甲基甲酰胺、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐按照质量比1:6.3:2.5组成的混合溶液；步骤（7）中的电解质溶液为N，N-二甲基甲酰胺、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐按照质量比6.3:2.5组成的混合溶液。