一种超级电容器的制备方法技术

一种超级电容器的制备方法是以聚乙烯醇、氢氧化钾、纤维素/石墨烯/银纳米颗粒/三氧化二铁复合薄膜、保鲜膜为原材料，分别经过聚乙烯醇/氢氧化钾凝胶电解质的制备、含有凝胶膜的纤维素/石墨烯/银纳米颗粒/三氧化二铁薄膜的制备、对称全固态柔性超级电容器的制备等步骤制得。本发明专利技术超级电容器件采用纤维素/石墨烯/银纳米颗粒/三氧化二铁柔性复合薄膜作为其正负极进行组装的，具有足够的柔韧性，弯曲状态对其电化学行为无影响，具有高的能量密度、倍率性能和反复充放电稳定性，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。

A Method for Preparing Supercapacitors

A super capacitor is prepared by polyvinyl alcohol, potassium hydroxide, cellulose / graphene / silver nanoparticles / Fe2O3 composite film and fresh-keeping film as raw materials, respectively, through the preparation of polyvinyl alcohol / potassium hydroxide gel electrolyte, preparation of cellulose / graphene / silver nanoparticles / ferric oxide film containing gel film, symmetrical all solid state flexible supercapacitor. Preparation and other steps. The supercapacitor device of the invention adopts cellulose/graphene/silver nanoparticles/ferric oxide flexible composite film as its positive and negative electrodes for assembly, has sufficient flexibility, bending state has no effect on its electrochemical behavior, has high energy density, high rate performance and repetitive charge-discharge stability, can be used in series and parallel and can be used as a power source to drive small electronic devices. Prepare for work.

【技术实现步骤摘要】
一种超级电容器的制备方法
本专利技术属于能源存储的
，具体涉及一种超级电容器的制备方法。
技术介绍
超级电容，又名电化学电容，双电层电容器、黄金电容、法拉电容，是从上世纪七、八十年代发展起来的通过极化电解质来储能的一种电化学元件。它不同于传统的化学电源，是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源，主要依靠双电层和氧化还原赝电容电荷储存电能。但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。轻薄便携的柔性电子产品，如可折叠手机、可植入医疗芯片、可穿戴设备等已越来越受市场的关注与期待，然而当下的储能和供能环节往往过厚过沉、柔性较差，已不能很好地满足这一新兴产业的要求，为此，发展高性能的柔性储能器件势在必行。在现有的多种储能体系中，柔性超级电容器具有快的充放电速度、大的功率密度以及出色的安全稳定性与长的使用寿命等优势，在近年来，这一领域已崭露头角，有着极大的发展空间和应用前景，如，CN108962629中公开的纤维素/石墨烯/银纳米颗粒复合薄膜，它是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可用于超级电容制作的纤维素/氧化石墨烯/银纳米颗粒复合薄膜。不过，大部分已报道的柔性电极和柔性超级电容器的电荷储存能力依旧不能令人满意，比如，比电容和能量密度仍然不高，倍率性能也相对较差，充放电稳定性也不太理想等现实问题。是故，如何制备具有优异电化学储能性质的柔性电极成为了目前柔性超级电容器领域的重点问题和难点所在。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种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：一种超级电容器的制备方法，其特征在于，它是以聚乙烯醇、氢氧化钾、纤维素/石墨烯/银纳米颗粒/三氧化二铁复合薄膜、保鲜膜为原材料，分别经过聚乙烯醇/氢氧化钾凝胶电解质的制备、含有凝胶膜的纤维素/石墨烯/银纳米颗粒/三氧化二铁薄膜的制备、对称全固态柔性超级电容器的制备等步骤制得。进一步，上述纤维素/石墨烯/银纳米颗粒/三氧化二铁复合薄膜中，纤维素纤维质量百分比为10%~40%，石墨烯质量百分比为15%~30%、银纳米颗粒质量百分比为20%~55%，γ晶型的三氧化二铁纳米颗粒质量百分比为1%~10%。进一步，上述纤维素/石墨烯/银纳米颗粒/三氧化二铁复合薄膜的制备方法，是以纤维素/石墨烯/银纳米颗粒薄膜作为基底，采用连续离子层吸附沉积法，在其表面沉积上γ晶型的三氧化二铁纳米颗粒，从而获得大块的自支持纤维素/石墨烯/银纳米颗粒/三氧化二铁柔性复合薄膜。具体来说，上述纤维素/石墨烯/银纳米颗粒薄膜是按专利CN108962629中所述的制备方法制得，具体如下：将180mg滤纸剪成碎片后与300mL0.6mgmL−1氧化石墨烯水分散液一起加至料理机中，启动料理机，使其转子在约30000转/分的转速下强力旋转搅拌4min，进而将滤纸打碎，制成纤维素纤维和氧化石墨烯的混合浆料，然后将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85oC并反应30min，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，然后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90oC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，便可合成出自支持的纤维素/石墨烯/银纳米颗粒柔性复合薄膜。进一步，专利技术人在开发过程中发现，连续离子层吸附沉积法如果控制不好，会得到ɑ晶型的三氧化二铁，使得产品倍率性能也相对较差，充放电稳定性也差，根本无法使用，为了使得本专利技术电容和能量密度高，倍率性能优异，反复充放电稳定性好，上述连续离子层吸附沉积法是将纤维素/石墨烯/银纳米颗粒薄膜浸入温度为20~90oC、浓度4~20mM的FeSO4水溶液中15~60s，取出，置于温度为20~90oC，浓度为8~40mM的KOH水溶液中15~60s，此为1次沉积循环，按照此法，我们反复交替地沉积10~200次循环后，便可在纤维素/石墨烯/银纳米颗粒薄膜上沉积上γ晶型的三氧化二铁纳米颗粒，得到纤维素/石墨烯/银纳米颗粒/三氧化二铁复合薄膜。进一步，将上述制得的纤维素/石墨烯/银纳米颗粒/三氧化二铁复合薄膜用去离子水冲洗干净，然后置于温度75~85oC，干燥4~6h，干燥结束后即可作为柔性电极直接使用，如用于电化学性能测试或用于柔性超级电容器的组装。上述连续离子层吸附沉淀法中，沉积γ型三氧化二铁纳米颗粒的原理为：在反复沉积过程中，吸附在纤维素/石墨烯/银纳米颗粒基底薄膜表面的Fe2+与OH−以及空气中的O2发生氧化还原反应，其过程为：Fe2++OH−→Fe(OH)2，Fe(OH)2+O2+H2O→Fe(OH)3，Fe(OH)3→Fe2O3+H2O，从而生成γ型三氧化二铁纳米颗粒并沉积于基底薄膜表面，进而获得本专利技术中的纤维素/石墨烯/银纳米颗粒/三氧化二铁复合薄膜。进一步，上述聚乙烯醇/氢氧化钾凝胶电解质的制备，是取聚乙烯醇加入水中，升温至85~95oC，同时搅拌25~35min使之溶解，然后自然冷却至20~25oC，接下来在搅拌下缓慢滴加氢氧化钾的水溶液，搅拌均匀，得到澄清透明的聚乙烯醇/氢氧化钾凝胶电解质；其中所述聚乙烯醇与水的质量体积比为1:10，所述聚乙烯醇与氢氧化钾溶液的质量体积比为2:1，所述氢氧化钾水溶液的浓度为2gmL−1。进一步，上述含有凝胶膜的纤维素/石墨烯/银纳米颗粒/三氧化二铁薄膜的制备是将纤维素/石墨烯/银纳米颗粒/三氧化二铁复合薄膜裁剪成0.5cm×3cm的矩形长条，置于载玻片上，然后将上述制得的聚乙烯醇/氢氧化钾凝胶电解质倾倒于其表面，留下0.5cm×1cm的空白区域用于与电极夹相连，接着在温度为20~25℃下让凝胶电解质凝胶化，最终形成凝胶膜。进一步，上述对称全固态柔性超级电容器的制备是将相同两片覆盖有凝胶膜的纤维素/石墨烯/银纳米颗粒/三氧化二铁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，形成一个对称全固态柔性超级电容器。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术超级电容器件采用纤维素/石墨烯/银纳米颗粒/三氧化二铁柔性复合薄膜作为其正负极进行组装的，具有足够的柔韧性，弯曲状态对其电化学行为无影响，具有高的能量密度、倍率性能和反复充放电稳定性，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。本专利技术合成的纤维素/石墨烯/银纳米颗粒/三氧化二铁复合薄膜电容和能量密度高，倍率性能优异，反复充放电稳定性好，其最大面积比电容可达2044mFcm−2，具有出色的倍率性能与反复充放电稳定性，即使在100mAcm−2的超高电流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超级电容器的制备方法，其特征在于，它是以聚乙烯醇、氢氧化钾、纤维素/石墨烯/银纳米颗粒/三氧化二铁复合薄膜、保鲜膜为原材料，分别经过聚乙烯醇/氢氧化钾凝胶电解质的制备、含有凝胶膜的纤维素/石墨烯/银纳米颗粒/三氧化二铁薄膜的制备、对称全固态柔性超级电容器的制备等步骤制得。

【技术特征摘要】
1.一种超级电容器的制备方法，其特征在于，它是以聚乙烯醇、氢氧化钾、纤维素/石墨烯/银纳米颗粒/三氧化二铁复合薄膜、保鲜膜为原材料，分别经过聚乙烯醇/氢氧化钾凝胶电解质的制备、含有凝胶膜的纤维素/石墨烯/银纳米颗粒/三氧化二铁薄膜的制备、对称全固态柔性超级电容器的制备等步骤制得。2.如权利要求1所述的一种超级电容器的制备方法，其特征在于，上述纤维素/石墨烯/银纳米颗粒/三氧化二铁复合薄膜中，所述三氧化二铁为γ晶型的三氧化二铁、γ晶型的三氧化二铁纳米颗粒质量百分比为1%~10%，纤维素纤维质量百分比为10%~40%，石墨烯质量百分比为15%~30%、银纳米颗粒质量百分比为20%~55%。3.如权利要求2所述的一种超级电容器的制备方法，其特征在于，上述纤维素/石墨烯/银纳米颗粒/三氧化二铁复合薄膜的制备方法，是以纤维素/石墨烯/银纳米颗粒薄膜作为基底，采用连续离子层吸附沉积法，在其表面沉积上γ晶型的三氧化二铁纳米颗粒，从而获得大块的自支持纤维素/石墨烯/银纳米颗粒/三氧化二铁柔性复合薄膜。4.如权利要求3所述的一种超级电容器的制备方法，其特征在于，上述连续离子层吸附沉积法是将纤维素/石墨烯/银纳米颗粒薄膜浸入温度为20~90oC、浓度4~20mM的FeSO4水溶液中15~60s，取出，置于温度为20~90oC，浓度为8~40mM的KOH水溶液中15~60s，此为1次沉积循环，按照此法，我们反复交替地沉积10~200次循环后，便可在纤维素/石墨烯/银纳米颗粒薄膜上沉积上γ晶型的三氧化二铁纳米颗粒，得到纤维素/石墨烯/银纳米颗粒/三氧化二铁复合薄膜。5....

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