[发明专利]一种含基底的石墨烯基电极纤维的制备方法

说明书

本发明公开了一种具有较高电荷储存能力的含基底的石墨烯基电极纤维及其制备方法。本发明采用低价、无毒的氧化石墨烯水溶液为主要原料，通过简单地交替浸蘸的方式将氧化石墨烯或氧化石墨烯复合物包覆到纤维基底上，随后通过化学还原法或热还原法将氧化石墨烯还原成还原氧化石墨烯，制备出兼具优良机械性能和储电性能的含基底的石墨烯基电极纤维。用这种含基底的石墨烯基电极纤维做电极的线型超级电容器具有非常大的面积比电容和非常高的能量密度。本发明与现有技术相比，具有原料丰富廉价、无须特殊设备、方法简单高效、绿色安全环保、可拓展和可放大生产的优点。所制备的含基底的石墨烯基电极纤维兼具优良的导电性、柔韧性以及抗拉强度和电荷存储能力。这种含基底的石墨烯基电极纤维在可穿戴电子领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于材料领域和电化学领域，具体涉及含基底的石墨烯基电极纤维的制备方法及其电化学领域的应用。

背景技术

可穿戴电子逐渐兴起并迅速发展，如智能手环、手表、智能戒指等。传统电池和电容器由于体积大，质量重，使用对人体有害的有机电解液，且没有柔韧性已经不能满足穿戴电子设备。作为可穿戴电子设备的电源，必须具有体积小、质量轻、柔韧、有较高能量密等特点。新型超级电容器，特别是一维线型超级电容器，一般都具有体积小质量轻，可弯曲，可编织等优点，引起了科研工作者们的极大兴趣。这种一维线型超级电容器具有巨大市场应用前景，可进一步改进现有可穿戴设备的性能。例如，目前的智能手环或手表由于采用的是硬性的锂离子电池，无法将电源部分植入可弯曲的表带部位，且有限的表盘空间也限制电源的体积进而限制了电源的容量。如果采用柔性的电源并将其植入具有较大闲置空间的表带部位，不仅可以进一步降低手环或手表的表盘的厚度，使之更为美观，还可以大大提高提升手环或手表的续航能力，结合柔性电路和柔性屏，甚至还可以实现全柔性手环或手表，大大提高穿戴舒适度。

然而与传统电容器和电池相比，这种线型超级电容器的能量密度明显偏低，尚不能完全替代传统锂离子电池。将石墨烯或石墨烯复合物包覆于纤维基底上，现有的方法包括电沉积、蒸发沉积和维度限制沉积，但是用这些方法制备的电极纤维组装的线型超级电容器的能量密度都较低，无法满足高能量密度的需求。且这些方法的工艺复杂、成本高，商业应用前景有限，实用价值小。

发明内容

[要解决的技术问题]

本发明的目的是解决上述技术问题，提供一种含基底的石墨烯基电极纤维的制备方法。本发明的制备方法无需特殊设备，容易实现规模化生产；并且制备得的含基底的石墨烯基电极纤维应用于线型超级电容器的电极时，得到超高能量密度的超级电容器。

[技术方案]

为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：

本发明利用交替浸蘸的方式，将一根基底纤维交替浸蘸在氧化石墨烯或氧化石墨烯复合物溶液和凝固液中，来回交替浸蘸后可将氧化石墨烯或氧化石墨烯复合物包覆于基底上形成一根具有核壳结构的纤维，再将纤维置于还原液或直接置于烘箱中还原，使纤维上的氧化石墨烯(GO)还原为还原氧化石墨烯(RGO)。将该方法制备的含基底的石墨烯基电极纤维用作线型超级电容器电极时，电容显著提高，所得面积比电容为目前线型超级电容器领域中最高值。本发明不仅提供一种制备含基底的石墨烯基电极纤维的方法，还实现了含基底的石墨烯基电极纤维在高能量密度线型超级电容器领域中的应用。

一种含基底的石墨烯基电极纤维的制备方法，它包括以下步骤：

A，氧化石墨烯或氧化石墨烯复合物溶液的制备

将氧化石墨烯超声分散在去离子水中制备成浓度为2～20mg/mL的石墨烯水溶液，然后可以选择加入或不加入其它添加物，混合均匀后得到所述氧化石墨烯或氧化石墨烯复合物溶液；

B，凝固液的制备