一种柔性超级电容器的制备方法技术

技术编号:19698174 阅读:21 留言:0更新日期:2018-12-08 12:51
一种柔性超级电容器的制备方法,首先以滤纸作为纤维原料,借助料理机转子的高速旋转制备含有纤维素纤维、氧化石墨烯和银氨络合物(Ag(NH3)2OH)的混合浆料,尔后加热处理,利用氧化石墨烯本身的还原性将银氨络合物还原成银纳米颗粒,同时诱发氧化石墨烯、银纳米颗粒、纤维素纤维三者的复合。产物经抽滤装置抽滤脱水并充分水洗后形成纤维素/氧化石墨烯/银纳米颗粒复合薄膜,紧接着利用肼蒸气作为还原剂将其中的氧化石墨烯还原成石墨烯,便可获得具有极佳导电性和优异电化学性质的纤维素/石墨烯/银纳米颗粒柔性薄膜,再以其直接作为正负极并以聚乙烯醇/氯化钾凝胶膜作为电解质和隔膜组装出高能量密度的对称全固态柔性超级电容器。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性超级电容器的制备方法
本专利技术属于先进能源存储的
,具体涉及一种柔性超级电容器的其制备方法。
技术介绍
市场对新一代柔性便携的电子产品如可穿戴设备、可卷曲显示器、可折叠智能手机、可植入医疗芯片、电子皮肤等有着迫切的需求与期待,当前的供能和储能电子设备显得过沉、过厚、过大,已经难以满足这一新兴领域的要求,是故,发展轻薄便携的高性能柔性储能体系势在必行。在现有的各种储能体系中,全固态柔性超级电容器因其快的充放电速度、高的功率密度、宽的工作温度、好的稳定性、长的使用寿命以及出色的安全性而备受关注,尤其是石墨烯基全固态柔性超级电容器近年来发展迅猛,具有良好的发展空间和应用前景。遗憾的是,当前所开发的绝大多数全固态柔性超级电容器的储能特性依然难以令人满意,比如比电容依然较小、能量密度仍旧不高,倍率性能也相对较差。为此,如何通过简单经济的方法宏量制备具有良好导电性的自支持柔性薄膜,进而构筑出具有优异电化学行为的全固态柔性超级电容器成为了目前超级电容器领域的难点问题和重点所在。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种高能量密度的全固态柔性超级电容器的制备方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的:一种柔性超级电容器的制备方法,首先以滤纸作为纤维原料,借助料理机转子的高速旋转制备含有纤维素纤维、氧化石墨烯和银氨络合物(Ag(NH3)2OH)的混合浆料,尔后加热处理,利用氧化石墨烯本身的还原性将银氨络合物还原成银纳米颗粒,同时诱发氧化石墨烯、银纳米颗粒、纤维素纤维三者的复合。产物经抽滤装置抽滤脱水并充分水洗后形成纤维素/氧化石墨烯/银纳米颗粒复合薄膜,紧接着利用肼蒸气作为还原剂将其中的氧化石墨烯还原成石墨烯,便可获得具有极佳导电性和优异电化学性质的纤维素/石墨烯/银纳米颗粒柔性薄膜,再以其直接作为正负极并以聚乙烯醇/氯化钾凝胶膜作为电解质和隔膜组装出高能量密度的对称全固态柔性超级电容器【纤维素/石墨烯/银纳米颗粒//纤维素/石墨烯/银纳米颗粒】。具体包括以下步骤:(1)将滤纸剪成碎片后与氧化石墨烯水分散液一起加至料理机中,利用料理机转子的高速旋转将滤纸打碎,制成纤维素纤维+氧化石墨烯浆料。(2)将步骤(1)的混合浆料转移至烧杯中,在快速磁力搅拌下加入过量的浓度为0.1-0.5M的银氨溶液,然后升温至70-90℃并反应20-40min。在此过程中,银氨络合物被氧化石墨烯还原成银纳米颗粒,同时诱发各组分复合,进而生成纤维素/氧化石墨烯/银纳米颗粒复合物。(3)将步骤(2)的产物在漏斗中抽滤脱水,于抽滤装置滤膜表面形成纤维素/氧化石墨烯/银纳米颗粒复合薄膜;加水反复洗涤干净后,将其在湿润状态下从滤膜表面缓缓地整体撕下,并转移至反应釜中,悬空放置;接着在反应釜内衬底部加入水合肼,密封好后置于80-110℃的烘箱中保持8-24h,利用肼蒸气将其中的氧化石墨烯彻底还原成石墨烯。(4)将聚乙烯醇加至水中,升温搅拌使之溶解,然后在搅拌下缓慢滴加氯化钾的水溶液,之后自然冷却至室温,得到澄清透明的聚乙烯醇/氯化钾凝胶电解质。(5)将步骤(3)中的纤维素/石墨烯/银纳米颗粒复合薄膜裁剪成矩形长条,置于载玻片上,然后将步骤(4)中的聚乙烯醇/氯化钾凝胶电解质倾倒于其表面,留下空白区域用于与电极夹相连,接着在室温下让凝胶电解质中过量的水分缓慢挥发并最终胶凝化,形成凝胶膜。(6)将相同两片步骤(5)中覆盖有凝胶膜的纤维素/石墨烯/银纳米颗粒薄膜直接作为柔性电极叠放在一起,重叠面积为覆盖有凝胶膜的区域,形成一个高能量密度的对称全固态柔性超级电容器【纤维素/石墨烯/银纳米颗粒//纤维素/石墨烯/银纳米颗粒】。优选地,上述步骤(1)中,氧化石墨烯:滤纸纤维素纤维的质量比5:95-70:30。优选地,银纳米颗粒占纤维素/石墨烯/银纳米颗粒复合薄膜质量的10%-60%、进一步优选占50%。进一步优选地,上述步骤(3)中,水合肼与纤维素/氧化石墨烯/银纳米颗粒复合薄膜的质量比为1:1.5-2.5。更进一步优选,上述步骤(2)中,加入银氨溶液后的反应温度优选为85℃、反应时间优选为30min;上述步骤(3)中,加入水合肼的反应温度优选为90℃、反应时间优选为12h。进一步,上述步骤(3)中抽滤装置上用的滤膜为亲水的聚四氟乙烯滤膜,其直径为11cm。上述步骤(4)中所用聚乙烯醇为1799型,即聚合度为1700,醇解度为99%。具体地说,一种柔性超级电容器的制备方法,其特征在于,它按如下步骤:(1)将滤纸剪成碎片后与氧化石墨烯水分散液一起加至料理机中,利用料理机转子的高速旋转将滤纸打碎,制成纤维素纤维+氧化石墨烯浆料;所述氧化石墨烯:滤纸纤维素纤维的质量比5:95-70:30;(2)将步骤(1)的混合浆料转移至烧杯中,在快速磁力搅拌下加入60mL浓度为0.15M的新制银氨溶液,然后升温至85℃并反应30min;(3)将步骤(2)的产物在漏斗中快速抽滤脱水,于抽滤装置滤膜表面形成纤维素/氧化石墨烯/银纳米颗粒复合薄膜。加水反复洗涤干净后,将其在湿润状态下从滤膜表面缓缓地整体撕下,并转移至1000mL的反应釜中,悬空放置。接着在反应釜内衬底部加入4mL水合肼,密封好后置于90℃的烘箱中保持12h,利用肼蒸气将其中的氧化石墨烯彻底还原成石墨烯,便可合成出具有极佳导电性的纤维素/石墨烯/银纳米颗粒自支持柔性复合薄膜;(4)将5g聚乙烯醇加至50mL水中,升温至90℃,同时搅拌使之溶解。然后在搅拌下缓慢滴加2mL1gmL-1的氯化钾的水溶液,之后自然冷却至室温,得到澄清透明的聚乙烯醇/氯化钾凝胶电解质;(5)将步骤(3)中的纤维素/石墨烯/银纳米颗粒复合薄膜裁剪成矩形长条,置于载玻片上,然后将少量步骤(4)中的聚乙烯醇/氯化钾凝胶电解质倾倒于其表面,留下少许空白区域用于与电极夹相连,接着在室温下让凝胶电解质中过量的水分缓慢挥发并最终胶凝化,形成凝胶膜;(6)将相同两片步骤(5)中覆盖有凝胶膜的纤维素/石墨烯/银纳米颗粒薄膜直接作为柔性电极叠放在一起,重叠面积为覆盖有凝胶膜的区域,最后用保鲜膜缠绕好该器件,形成一个高能量密度的对称全固态柔性超级电容器【纤维素/石墨烯/银纳米颗粒//纤维素/石墨烯/银纳米颗粒】。本专利技术步骤(6)中保鲜膜的作用时为了防止全固态柔性超级电容器【纤维素/石墨烯/银纳米颗粒//纤维素/石墨烯/银纳米颗粒】中聚乙烯醇/氯化钾凝胶膜的水分过快挥发而影响其电化学性能。该电容器件采用纤维素/石墨烯/银纳米颗粒柔性复合薄膜作为其正负极进行组装的,采用聚乙烯醇/氯化钾凝胶膜作为电解质并兼具隔膜的功效,具有足够的柔韧性,属双电层电容特性的储能机理,弯曲状态对其电化学行为基本没有影响,具有高的能量密度和倍率性能,可以串、并联使用并能作为电源用于驱动小型电子设备工作。本专利技术自支持复合导电薄膜表面层结构为银纳米颗粒相互紧紧堆叠形成的连续银纳米颗粒膜,里层为纤维素-石墨烯-银纳米颗粒的成分、且纤维素纤维充当了骨架、内部的银纳米颗粒被石墨烯缠绕和包覆。组分分布均匀、无聚集现象、分散性好,薄膜无任何开裂现象;银纳米颗粒分布连续性好、导电性能优异。本专利技术具有以下有益效果:1、本专利技术中所开发的纤维素/石墨烯/银纳米颗粒复合薄膜的方阻仅为0.17Ωsq-1,远低于常用作本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性电容器的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:(1) 将滤纸剪成碎片后与氧化石墨烯水分散液一起加至料理机中,利用料理机转子的高速旋转将滤纸打碎,制成纤维素纤维+氧化石墨烯浆料; (2) 将步骤(1)的混合浆料转移至烧杯中,在快速磁力搅拌下加入过量的浓度大约为0.1‑0.5M的银氨溶液,然后升温至70‑90 oC并反应20‑40 min;(3) 将步骤(2)的产物在漏斗中抽滤脱水,于抽滤装置滤膜表面形成纤维素/氧化石墨烯/银纳米颗粒复合薄膜;加水反复洗涤干净后,将其在湿润状态下从滤膜表面缓缓地整体撕下,并转移至反应釜中,悬空放置;接着在反应釜内衬底部加入水合肼,密封好后置于80‑110oC的烘箱中保持8‑24 h;(4) 将聚乙烯醇加至水中,升温搅拌使之溶解,然后在搅拌下缓慢滴加氯化钾的水溶液,之后自然冷却至室温,得到澄清透明的聚乙烯醇/氯化钾凝胶电解质;(5) 将步骤(3)中的纤维素/石墨烯/银纳米颗粒复合薄膜裁剪成矩形长条,置于载玻片上,然后将步骤(4)中的聚乙烯醇/氯化钾凝胶电解质倾倒于其表面,留下空白区域用于与电极夹相连,接着在室温下让凝胶电解质中过量的水分缓慢挥发并最终胶凝化,形成凝胶膜;(6) 将相同两片步骤(5)中覆盖有凝胶膜的纤维素/石墨烯/银纳米颗粒薄膜直接作为柔性电极叠放在一起,重叠面积为覆盖有凝胶膜的区域,形成一个高能量密度的对称全固态柔性超级电容器(纤维素/石墨烯/银纳米颗粒//纤维素/石墨烯/银纳米颗粒)。...

【技术特征摘要】
1.一种柔性电容器的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)将滤纸剪成碎片后与氧化石墨烯水分散液一起加至料理机中,利用料理机转子的高速旋转将滤纸打碎,制成纤维素纤维+氧化石墨烯浆料;(2)将步骤(1)的混合浆料转移至烧杯中,在快速磁力搅拌下加入过量的浓度大约为0.1-0.5M的银氨溶液,然后升温至70-90oC并反应20-40min;(3)将步骤(2)的产物在漏斗中抽滤脱水,于抽滤装置滤膜表面形成纤维素/氧化石墨烯/银纳米颗粒复合薄膜;加水反复洗涤干净后,将其在湿润状态下从滤膜表面缓缓地整体撕下,并转移至反应釜中,悬空放置;接着在反应釜内衬底部加入水合肼,密封好后置于80-110oC的烘箱中保持8-24h;(4)将聚乙烯醇加至水中,升温搅拌使之溶解,然后在搅拌下缓慢滴加氯化钾的水溶液,之后自然冷却至室温,得到澄清透明的聚乙烯醇/氯化钾凝胶电解质;(5)将步骤(3)中的纤维素/石墨烯/银纳米颗粒复合薄膜裁剪成矩形长条,置于载玻片上,然后将步骤(4)中的...

【专利技术属性】
技术研发人员:肖巍周文杰
申请(专利权)人:重庆文理学院
类型:发明
国别省市:重庆,50

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