[发明专利]一种同轴石墨烯纤维超级电容器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及超级电容器，尤其涉及一种同轴石墨烯纤维超级电容器及其制备方法。

背景技术

超级电容器，又叫双电层电容器、电化学电容器,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，通过在界面上实现正负电荷分离来储能。它是一种电化学元件，其储能的过程并不发生不可逆化学反应，因此具有优秀的循环稳定性；其储能的过程发生在界面上，相较于电池，受到较小的扩散限制作用，因而具有更高的功率密度。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。

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。这些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。本发明阐述了一种新型半固态柔性石墨烯基同轴纤维电容器的制备方法。这类纤维状电容器由于具有良好的柔性故而是传统的超级电容器在携带运输及使用方向上的一个很大的补充，又因其具有同轴的结构而比已报道的平行纤维电容器(Tieqi Huang, et al. RSC Advances, 2013, 3, 23957)或是缠绕式纤维电容器（Kai Wang, et al. Advanced Materials, 25,1494）具有更高的比电容,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。

发明内容

本发明的目的是提出一种同轴石墨烯纤维超级电容器及其制备方法，为超级电容器的组装形式提供新思路，进而获得优秀的电化学性能。

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；

2）简单易行的制备了作为轴的石墨烯纤维和作为壳的石墨烯管状纤维；

3）作为超级电容器两极的轴纤维与壳纤维形成同轴结构，相较与平行排列纤维电容器与缠绕式纤维电容器，该同轴纤维电容器具有最短的两极间离子迁移路径，进而有利于其电容器性能；

4）制得的石墨烯纤维电容器的长度可以根据使用的纤维长度而自由调节；

5）制得的石墨烯纤维电容器具有很高的比容量以及稳定的充放电特性；

6）制得的石墨烯纤维电容器具有优良的柔性。

附图说明

图1是本发明制备的石墨烯基同轴纤维超级电容器实物图；

图2是本发明制备的石墨烯基同轴纤维超级电容器四层结构示意图；

图3是本发明制备的石墨烯基同轴纤维电容器轴向截面的扫描电镜图，标尺为100μm。

图4是本发明制备的石墨烯基同轴纤维电容器在不同扫描速率下的循环伏安图。

图5是本发明制备的石墨烯基同轴纤维电容器在循环伏安测试中体现的倍率性能图。

图6是本发明制备的石墨烯基同轴纤维电容器在不同电流密度下的恒电流充放电图。

图7是本发明制备的石墨烯基同轴纤维电容器在恒电流充放电测试中体现的倍率性能图。

图8是本发明制备的石墨烯基同轴纤维电容器在恒电流充放电测试中体现的循环性能图。

图9是本发明制备的石墨烯基同轴纤维电容器在100次弯折下的电容保持率。

具体实施方式