[发明专利]一种纤维状超级电容器及其制备方法

权利要求书

1.一种纤维状超级电容器，具有电极并列式的结构；

其包括并列排布在一起的两根碳纳米管/聚吡咯复合纤维，且每根碳纳米管/聚吡咯复合纤维的外周均预先包覆一层聚乙烯醇/无机酸/氢醌固态电解质，所述并列排布在一起的两根碳纳米管/聚吡咯复合纤维的外周再以所述聚乙烯醇/无机酸/氢醌固态电解质封装固定。

2.根据权利要求1所述的纤维状超级电容器，其特征在于：

所述聚乙烯醇/无机酸/氢醌固态电解质中，聚乙烯醇、无机酸和氢醌的质量比依次为1:0.5～2:0.1～0.5。

3.制备权利要求1或2所述的纤维状超级电容器的方法，包括下述步骤：

1)将碳纳米管/聚吡咯复合纤维浸泡在电解质溶液中，使复合纤维和电解质充分接触，得到浸渍有电解质溶液的碳纳米管/聚吡咯复合纤维；

2)对所述浸渍有电解质溶液的碳纳米管/聚吡咯复合纤维进行保温处理，使其表面的电解质半固化，得到包覆有半固化电解质的碳纳米管/聚吡咯复合纤维；

3)将两根上述包覆有半固化电解质的碳纳米管/聚吡咯复合纤维并列排布在一起，在所述复合纤维的侧面施加挤压力，使两根包覆有半固化电解质的碳纳米管/聚吡咯复合纤维贴合在一起；

4)将上述贴合在一起的两根包覆有半固化电解质的碳纳米管/聚吡咯复合纤维浸泡在所述电解质溶液中，取出，去除其表面过量的电解质溶液，保温处理，使其电解质固化，得到全固态的纤维状超级电容器。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述碳纳米管/聚吡咯复合纤维中，碳纳米管和聚吡咯形成核壳状复合结构，碳纳米管处于芯核位置，直径为5～10nm，聚吡咯处于外壳位置，厚度为10～100nm，聚吡咯的质量含量为5～90％；

所述碳纳米管/聚吡咯复合纤维长度为1～1000cm；直径为50～800μm。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于：步骤1)中，所述碳纳米管/聚吡咯复合纤维是按照包括下述步骤的方法制备得到的：

a)用不锈钢网支撑碳纳米管薄膜，得到不锈钢网-碳纳米管薄膜-不锈钢网的三明治结构；

b)以所述不锈钢网-碳纳米管薄膜-不锈钢网的三明治结构为工作电极；以吡咯单体和高氯酸钠的水溶液为电解液，通过电化学沉积，在所述碳纳米管薄膜上原位负载聚吡咯，得到碳纳米管/聚吡咯复合薄膜；

c)去掉不锈钢网的支撑，将所述碳纳米管/聚吡咯复合薄膜置于去离子水静置，以清洗残留的电解液；将所述碳纳米管/聚吡咯复合薄膜从水中捞出，薄膜会在液体表面张力的作用下收缩得到疏松纤维；

d)将所述疏松纤维扭转纺成致密纤维，得到碳纳米管/聚吡咯复合纤维。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：

步骤a)中，所述碳纳米管薄膜采用浮动化学气相沉积法制备；

所述不锈钢网的孔径为0.1～10mm；

所述用不锈钢网支撑碳纳米管薄膜的操作为：将所述碳纳米管薄膜在去离子水中铺展开来，用一张不锈钢丝网将其捞起，用另一张尺寸相同的不锈钢丝网覆盖在碳纳米管薄膜表面，得到所述不锈钢网-碳纳米管薄膜-不锈钢网的三明治结构。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：

步骤b)中，所述吡咯单体和高氯酸钠的水溶液中，吡咯单体的摩尔浓度为0.1～2.0mol/L，高氯酸钠的摩尔浓度为0.1～2.0mol/L；

所述电化学沉积为恒电流电化学沉积法，电流密度为0.1～5.0mA/cm²，作用时间为100～1000s；

步骤c)中，所述静置的时间为30～90min；

所述疏松纤维的直径为2～5mm；

所述将疏松纤维扭转纺成致密纤维的操作为：用专用的纤维夹具从两侧固定住所述疏松纤维，用直流电机带动夹具沿相同的方向转动，疏松纤维就逐步被扭转纺成致密纤维；

所述转动的转速为10～1000r/min,所述扭转纺丝的时间为50～200s。

8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：

步骤1)中，所述电解质溶液为聚乙烯醇/无机酸/氢醌固态电解质的水溶液，其中，聚乙烯醇与无机酸和氢醌的质量比依次为1:0.5～2:0.1～0.5，所述浸泡时间为30～90s；

步骤2)中，所述保温处理在真空干燥箱中进行，所述保温处理的温度为40～60℃，时间为30～90min；

步骤4)中，所述浸泡的时间为30～90s；所述保温处理在真空干燥箱中进行，所述保温处理的温度为40～60℃，时间为30～90min。