[发明专利]一种多维组装复合薄膜电极及其制备方法和用途

权利要求书

1.一种多维组装复合薄膜电极，其特征在于：该复合薄膜电极是由0维导电聚合物纳米颗粒、1维五氧化二钒纳米线和2维碳纳米片三种材料在微观上相互交织、组装形成互穿网络，成为柔性自支撑薄膜；

该多维组装复合薄膜电极的制备方法的步骤如下：

步骤一、采用水热法制备1维五氧化二钒纳米线；

步骤二、制备2维碳纳米片分散溶液，加入棕色的1维五氧化二钒纳米线固体粉末，同时加入阴离子表面活性剂，并在超声作用下制备成1维五氧化二钒纳米线/2维碳纳米片混合分散溶液；

步骤三、在1维五氧化二钒纳米线/2维碳纳米片混合分散溶液中加入0维导电聚合物纳米颗粒溶液，得到0维导电聚合物纳米颗粒1维/五氧化二钒纳米线/2维碳纳米片三元混合分散溶液；

步骤四、将0维导电聚合物纳米颗粒1维/五氧化二钒纳米线/2维碳纳米片三元混合分散溶液置于溶剂过滤器中真空抽滤，并用水和乙醇反复冲洗去除表面活性剂，制备成柔性自支撑的复合薄膜电极。

2.根据权利要求1所述的多维组装复合薄膜电极，其特征在于：所述1维五氧化二钒纳米线与2维碳纳米片的质量比为1∶1。

3.根据权利要求1或2所述的多维组装复合薄膜电极，其特征在于：所述0维导电聚合物纳米颗粒占复合薄膜电极总质量的2～50％。

4.根据权利要求1所述的多维组装复合薄膜电极，其特征在于：所述0维导电聚合物纳米颗粒为聚乙撑二氧噻吩-聚苯乙烯纳米颗粒。

5.根据权利要求1所述的多维组装复合薄膜电极，其特征在于：所述1维五氧化二钒纳米线的直径分布为10～100nm。

6.根据权利要求1所述的多维组装复合薄膜电极，其特征在于：所述2维碳纳米片的厚度分布为1nm～10nm。

7.根据权利要求1所述的多维组装复合薄膜电极，其特征在于：步骤一中所述水热法制备1维五氧化二钒是以偏钒酸铵为前驱体，并加入非离子型表面活性剂在反应釜中120℃～160℃下反应24小时，获得直径为10～100nm的棕色的1维五氧化二钒纳米线固体粉末。

8.根据权利要求7所述的多维组装复合薄膜电极，其特征在于：所述非离子型表面活性剂为P123。

9.根据权利要求1所述的多维组装复合薄膜电极，其特征在于：步骤二中制备2维碳纳米片分散溶液的过程是：首先采用Hummers方法氧化天然石墨，之后超声剥离形成氧化的2维碳纳米片，然后加入还原剂水合肼加热还原反应2小时，冷却后，在10000r/min的条件下离心除去少量团聚的石墨微细颗粒，得到0.1～5mg/mL的黑色的2维碳纳米片分散液。

10.根据权利要求1所述的多维组装复合薄膜电极，其特征在于：所述阴离子表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠或脱氧胆酸钠。

11.根据权利要求1所述的多维组装复合薄膜电极，其特征在于：步骤四所制备的柔性自支撑的复合薄膜电极为圆形，厚度为10～100微米。

12.一种权利要求1所述的多维组装复合薄膜电极的应用，其特征在于：该复合薄膜电极可用于制备固态柔性超级电容器，将两片面积相同的该复合薄膜电极并在中间放入固态电解质构成电极-电解质-电极形式的三明治夹心结构，在两片电极上分别连接金属箔作为正负极的连接线，然后在该三明治夹心结构的外层采用聚合物薄膜作为封装材料，环氧树脂或硅橡胶进行固化封装，得到固态柔性超级电容器；其中，所述固态电解质为聚合物凝胶电解质。

13.根据权利要求12所述的多维组装复合薄膜电极的应用，其特征在于：所述聚合物凝胶电解质为硫酸钠-聚乙烯醇。

14.根据权利要求12所述的多维组装复合薄膜电极的应用，其特征在于：得到的固态柔性超级电容器中的电极的面积为1-5cm²，容量为10-300F/g。