[发明专利]一种柔性纤维电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及新能源材料领域，特别是一种柔性纤维电极的制备方法。

背景技术

随着人们对可穿戴便携式电子设备需求的日益增长，新能源领域中的研究热点逐渐转向研究和开发柔性储能设备。其中，柔性纤维型碳电极材料作为储能器件中最重要的组成部分，成为了科研工作者的研究重点。对于高性能柔性储能器件而言，具有优越柔性和导电性的石墨烯纤维电极的开发受到了广泛的关注。

石墨烯的可塑性极大，它可以包裹成富勒烯结构、卷曲成碳纳米管、或者堆叠成三维的石墨及类石墨结构。单层的石墨烯具有极好的电子传输性能和强大的机械性能。石墨烯是一种超轻材料，其单元结构中碳原子间的连接非常稳定。基于这些优异的性能，以石墨烯为基础的电极材料将会发挥极大的潜力。低温还原自组装的柔性电极材料具有以下优点：选用性能稳定的电极材料，提高了安全性；超轻薄的电极材料和精简的组装过程，大大缩减了体积，使整个器件更小更轻；电极材料用量少，降低了生产成本。

目前，石墨烯基的纤维电极已有很多制备方法，虽然同样用了还原自组装的方法但大都是使用有机还原剂，成本高污染大。如何制备一种工艺简单、绿色环保、电化学和力学性能优良的纤维电极，成为热门的研究课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柔性纤维电极的制备方法，工艺简单、绿色环保，所制备纤维电极的力学性能和电学性能突出，比电容高。

为达到上述目的，本发明的柔性纤维电极的制备方法，步骤如下：

1）采用Hummers法制备氧化石墨烯，加水进行分散得氧化石墨烯分散液；

2）将多壁碳纳米管进行改性处理，得均匀分散的多壁碳纳米管水溶液；

3）将氧化石墨烯分散液和多壁碳纳米管水溶液均匀混合，然后进行超声波处理，得混合溶液；

4）在混合溶液中加入抗坏血酸，搅拌均匀后，用针管注入玻璃管内，两端用橡胶塞密封；

5）将玻璃管放置烘箱中，在40℃下反应1小时，取出玻璃管即得成品。

进一步地，步骤1）中所述氧化石墨烯分散液的浓度为1～2 mg/mL。

进一步地，步骤2）中所述多壁碳纳米管水溶液的浓度为1～2 mg/mL。

进一步地，步骤3）中所述氧化石墨烯分散液与多壁碳纳米管水溶液的浓度比是1:1，混合溶液的浓度为1～2 mg/mL。

进一步地，步骤4）中抗坏血酸与氧化石墨烯的质量比为1:5。

进一步地，步骤2）、步骤3）用于分散氧化石墨烯和多壁碳纳米管的分散液为水。

进一步地，步骤3）使用超声波细胞粉碎机进行超声波处理，频率为500W。

进一步地，步骤4）中所述玻璃管为内径为5 mm 的玻璃管，橡胶塞为与玻璃管配合的管帽。

特别地，采用上述制备方法所制得的柔性纤维电极。

本发明的实质性特点和进步是：

本发明的有益效果为：（1）制备工艺简单，制备时间短，用作分散液的只有水，并且采用环保还原剂抗坏血酸，有效降低了成本且无污染，绿色环保。

（2）在石墨烯纤维中掺杂了多壁碳纳米管，增强了石墨烯纤维的力学性能和电学性能，提高了比电容。所制得的柔性纤维电极不仅具有高的电活性材料加载量，同时具有优异的机械柔韧性。

（3）所制得的柔性纤维电极拥有三维导电网络，这种结构可以加快电解液离子的扩散，有效地促进电化学反应，对其电化学性能的提升起到关键性的作用。

本发明所制备的柔性纤维电极可广泛用于电池、超级电容材料及绿色环保汽车等领域。

附图说明

图1是本发明实施例2制备的柔性纤维电极的断面扫描电镜图像。

图2是本发明实施例1制备的柔性纤维电极的反应装置示意图。

图3是本发明实施例1制备的柔性纤维电极拉伸曲线。

图4是本发明实施例2制备的柔性纤维电极循环伏安曲线。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1：

将1g石墨粉与2g 硝酸钠放入圆底烧瓶冰浴，进行机械搅拌同时缓慢滴加浓硫酸46ml，保持冰浴在10 ℃ 以下，反应1小时。随后加入6g 高锰酸钾反应4小时，将温度调至35℃继续反应20小时。随后加入20ml 30%的双氧水，继续搅拌30分钟，加入200ml去离子水。离心洗涤得到氧化石墨烯，将其分散在水中，得氧化石墨烯分散液。