[发明专利]基于纳米纤维纱的PAN-GO/PEDOT:PSS超级电容器电极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于纳米纤维纱的PAN‑GO/PEDOT:PSS超级电容器电极材料及其制备方法，本发明包括皮层和芯层，皮层沿芯层轴向加捻形成包芯纱结构，所述的皮层为PAN纳米纤维和氧化石墨烯，芯层为导电棉纱，皮层表面附着有导电聚合物PEDOT:PSS颗粒。本发明以导电棉纱为芯纱，PAN‑GO纳米纤维卷绕抱合为皮层，形成包芯纱，然后表层接枝PEDOT:PSS导电有机物，制备出具有良好的循环稳定性和较高能储的超级电容器电极材料，而且成本低廉。

技术领域

本发明涉及超级电容器领域，具体涉及一种基于基于静电纺纳米纤维纱的PAN-GO/PEDOT:PSS超级电容器电极材料及其制备方法。

背景技术

伴随着社会经济的快速发展以及人口的急剧增长，资源和能源的日渐短缺以及生态环境的日益恶化成为了当今亟待解决的问题。因此各种省能源技术、洁净可再生的新能源技术以及环境技术的开发和利用受到了更为广泛地关注，如电动汽车、风能、太阳能、潮汐能等。不管是电动汽车行业的发展还是二次能源的利用，寻找合适的储能装置是其中至关重要的环节。铅酸、镍氢、锂离子等新型电池可以提供一个可靠的能量储存方案，具有能量密度相对较大的特点，并且已经在很多领域中广泛使用。然而，化学电池是通过电化学反应，产生法拉第电荷转移来储存电荷的，使用寿命较短，并且受温度影响较大，同时，大电流会影响这些电池的寿命，因此，对于要求大功率体系中长寿命、高可靠性的某些应用，这些基于化学反应的电池就显出种种不足。

于是，超级电容器应运而生。超级电容器作为功率补偿和能量存储装置，其储存电量的多少表现为电容法拉（F）的大小。根据电能的储存与转化机理，超级电容器分为双电层电容和法拉第准电容器(又叫赝电容器)，其中法拉第准电容器又包括金属氧化物电容器和导电高分子电容器。近年来又出现了一种正负极分别采用电池材料和活性炭材料的混合超级电容器。

静电纺是一种利用聚合物溶液或熔体在强电场中进行喷射纺丝的加工技术。此方法最显著的优势是经济有效且所制得的纤维直径一般在10 nm 至几微米之间，是获得大量的、高比表面积的微纳米尺寸长纤维的有效方法之一。相比于其他制备工艺，例如气相沉积法等，静电纺是一种简单、一步制作的、低成本的生产流程。目前关于静电纺和之后的碳化工艺被用于锂电池电极的制作，例如MnO₂、V₂O₅、TiO₂等。但是，关于静电纺制备的一维柔性的纱线型超级电容器的研究很少。在这里，我们提供一种基于静电纺丝技术制备PAN-GO/PEDOT:PSS超级电容器电极材料的方法。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种基于纳米纤维纱的PAN-GO/PEDOT:PSS超级电容器电极材料及其制备方法，该材料具有介孔结构和极大的比表面积，有利于PEDOT:PSS电极材料的吸附，并为超级电容器的氧化还原反应提供更多的活性位点。同时与凝胶电解质的结合有利于利于电荷的传输。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种基于纳米纤维纱的PAN-GO/PEDOT:PSS超级电容器电极材料，包括皮层和芯层，皮层沿芯层轴向加捻形成包芯纱结构，所述的皮层为PAN纳米纤维和氧化石墨烯，芯层为导电棉纱，皮层表面附着有导电聚合物PEDOT:PSS颗粒。

所述的导电棉纱为镀镍导电棉纱，镀镍导电棉纱的镍层厚度为1.80微米~2.60微米，皮层的纳米纤维直径为0.90微米～1.10微米。

所述的基于纳米纤维纱的PAN-GO/PEDOT:PSS超级电容器电极材料的制备方法，包括以下步骤：（1）制备镀镍导电棉纱：将棉纱置于化学电镀液中，处理2-8h得到镀镍导电棉纱；

（2）制备纺丝溶液：称量氧化石墨烯，加入到N,N-二甲基甲酰胺溶剂里，室温下超声振荡12~24h得到分散开来的氧化石墨烯溶液；接着称量聚丙烯腈（PAN）粉末，加入到之前分散开来的氧化石墨烯溶液中，在磁力搅拌的条件下，65~70℃的环境下加热2h，形成纺丝液；