本发明专利技术公开了一种碳纳米管复合材料的制备方法，包括步骤：S101、制备包含PAN、PVP以及醋酸镍的纺丝前驱体溶液；S102、将纺丝前驱体溶液通过纺丝工艺制备获得PAN/PVP/醋酸镍复合纳米纤维；S103、将PAN/PVP/醋酸镍复合纳米纤维放入反应炉中，并在反应炉中放入PVP、PVA或PEO，进行热处理，得到碳纳米管/镍/碳纤维复合碳材料；S104、将碳纳米管/镍/碳纤维复合碳材料依次进行活化处理和去镍处理，即获得所述碳纳米管复合材料。本发明专利技术还提供了一种按照如上方法制备得得的采用碳纳米管复合材料，采用该碳纳米管复合材料为原料制备得到的一种电极以及包括该电极的超级电容器。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种碳纳米管复合材料，以及该碳纳米管复合材料的制备方法，本专利技术还涉及采用该碳纳米管复合材料为原料制备得到的一种电极以及包括该电极的超级电容器。
技术介绍
超级电容器(supercapacitor)又叫电化学电容器、电双层电容器,是近年来发展起来的一种基于电极/溶液界面电化学过程，专门用于储能的特种电容器。超级电容器具有较高的比功率，功率密度比传统的电解电容器高上百倍；超级电容器具有较长的循环寿命，充放电循环寿命长达五十万次以上。因此超级电容器是一种理想的二次电源，在移动通讯、信息技术、电动汽车、航空航天和国防科技等方面都有着极其重要和广阔的应用前景。电极是电化学电容器的关键，决定着电容器的主要性能指标。电化学电容器发展的核心就是其电极材料的发展，理想的电极材料要求结晶度高、导电性好、比表面积大、微孔集中在一定的范围内(要求微孔大于2nm)。现有技术的电极材料有多孔炭材料、贵金属氧化物、高分子导电聚合物和新型复合材料等；多孔炭材料包括活性炭粉、活性炭纤维、炭气凝胶、碳纳米管。其中，碳纳米管比表面积大，结晶度好，导电性好，是一种理想的超级电容器的电极材料。然而单纯的碳纳米管材料由于其直径在分子尺度上，碳纳米管之间的间隙较小，很难发挥出其比表面积大的特性。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种碳纳米管复合材料以及该碳纳米管复合材料的制备方法，采用该碳纳米管复合材料为原料制备得到的电极应用于超级电容器中，可以提高超级电容器的能量密度。为了实现上述目的，本专利技术采用了如下的技术方案:一种碳纳米管复合材料的制备方法，包括步骤:S101、制备包含PAN、PVP以及醋酸镍的纺丝前驱体溶液；S102、将所述纺丝前驱体溶液通过纺丝工艺制备获得PAN/PVP/醋酸镍复合纳米纤维；S103、将所述PAN/PVP/醋酸镍复合纳米纤维放入反应炉中，并在反应炉中放入PVP、PVA或ΡΕ0，进行热处理，得到碳纳米管/镍/碳纤维复合碳材料；S104、将所述碳纳米管/镍/碳纤维复合碳材料依次进行活化处理和去镍处理，得到碳纳米管/碳纤维复合碳材料，即获得所述碳纳米管复合材料。优选地，所述纺丝前驱体溶液中，PAN的重量百分比含量为6?10%，PVP的重量百分比含量为大于0且小于或等于2%，醋酸镍的重量百分比含量为1?5%。，余量为DMF。优选地，在步骤S102中，所述纺丝工艺为静电纺丝工艺，其工艺条件具体为:设置喷嘴口径为0.3?0.7mm，调整喷嘴与水平面的夹角为15?50°，施加9?15kV的直流电压，固化距离15?25cm，温度10?40°C，相对湿度为10?60%。优选地，在步骤S102中，还包括:将得到的PAN/PVP/醋酸镍复合纳米纤维加热至270?280°C，在空气气氛下进行热处理1?3h ;其中加热升温的速率为1?3°C /min。优选地，在步骤S103中，在反应炉中放入PVP、PVA或ΡΕ0的量为所加入的PAN/PVP/醋酸镍复合纳米纤维的质量的1?3倍。优选地，在步骤S103中，进行热处理的工艺条件具体为:在惰性气体或氮气气氛下，在850?1000°C的温度下进行热处理2?3h。优选地，在步骤S104中，进行活化处理的工艺条件具体为:将碳纳米管/镍/碳纤维复合碳材料与氢氧化钾按质量比为1:3?5的比例混合，在惰性气体或氮气气氛下，首先加热升温至200?250°C的反应30?60min，再加热升温至700?800°C反应1?2h ;其中加热升温的速率为3?5°C /min ;进行去镍处理的工艺条件具体为:将活化后的碳纳米管/镍/碳纤维复合碳材料放入到浓度为5?10M的硝酸溶液中，除去镍。本专利技术的另一方面是提供一种碳纳米管复合材料，包括大量的碳纤维以及生长于所述碳纤维上的碳纳米管，其中，所述碳纤维的长度为ΙΟμπι?10mm，所述碳纳米管的直径为20?50nm,长度为500nm?1 μ m。优选地，在所述碳纳米管复合材料中，碳纤维与碳纳米管的重量比为:1:0.5?3。本专利技术的另一方面是提供了一种电极，所述电极的材料包括如上所述的碳纳米管复合材料。本专利技术的另一方面是提供了一种超级电容器，包括相对设置的第一电极和第二电极以及位于所述第一电极和第二电极之间的隔膜，所述第一电极和第二电极之间填充有电解液，所述第一电极和第二电极上分别连接有连接电极，其特征在于，所述第一电极和第二电极采用如上所述的电极。优选地，所述电解液为水性电解液或离子液体电解液。优选地，所述水性电解液为浓度为1?3M的氢氧化钠溶液，所述离子液体电解液为1- 丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐或1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐。有益效果:在本专利技术实施例提供的碳纳米管复合材料的制备方法中，采用安全的固相碳源PVP、PVA、ΡΕ0等来生长碳纳米管，而现有技术中制备碳纳米管的碳源都采用乙烯、乙炔、甲烷等化学性质较活泼的碳氢化合物，都是易燃易爆化学品，因此相比于现有技术，本专利技术提供的技术方案对设备仪器要求低，安全性更高。在本专利技术实施例提供的碳纳米管复合材料为分级结构的碳纳米管/碳纤维复合碳材料，与碳纤维相比，有着更大的比表面积，采用该材料制备电极并应用于超级电容器中，当电容器的电解液为水性电解液时，超级电容器可以获得接近于7.5ffh/Kg能量密度，远远大于单纯碳纤维或碳纳米管的能量密度(4.8ffh/Kg)。更值得关注的是，在本专利技术的另外一些实施例中，当电容器的电解液为离子液体电解液时，超级电容器在室温下的能量密度大大地提高到70.7Wh/Kg，而在60°C时，它输出的能量密度甚至可以达到?100Wh/Kg，已与锂离子电池相差不远。更重要的是，在20000次循环后，它的容量仍旧可以保持在97 %以上。【附图说明】图1为本专利技术实施例提供的碳纳米管复合材料的制备方法的工艺流程图。图2为本专利技术实施例提供的超级电容器的结构示意图。图3为本专利技术实施例1、2制备得到的碳纳米管复合材料的扫描电镜照片。图4为本专利技术实施例3制备得到的碳纳米管复合材料的扫描电镜照片。图5为本专利技术实施例4制备得到的碳纳米管复合材料的扫描电镜照片。【具体实施方式】为了使本专利技术的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，下面将结合附图用实施例对本专利技术做进一步说明。如图1所示，本专利技术的技术方案首先提供了一种碳纳米管复合材料的制备方法，包括步骤:S101、制备包含PAN(聚丙烯腈，polyacrylonitrile)、PVP(聚乙烯卩比略烧酮，Polyvinylpyrrolidone)以及醋酸镍的纺丝前驱体溶液。其中，所述纺丝前驱体溶液中，PAN的重量百分比含量为6?10%，PVP的重量百分比含量为大于0且小于或等于2%，醋酸镍的重量百分比含量为1?5%。，余量为DMF(N，N- 二甲基甲酰胺，N，N-Dimethylformamide)；具体地，将PAN、PVP和DMF混合搅拌得到透明溶液，再加入醋酸镍，混合搅拌直至形成绿色透明的纺丝前驱体溶液。S102、将所述纺丝前驱体溶液通过纺丝工艺制备获得PAN/PVP/醋酸镍复合纳米纤维。进一步地，将得到的PAN/PVP/醋酸镍加热至270当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：S101、制备包含PAN、PVP以及醋酸镍的纺丝前驱体溶液；S102、将所述纺丝前驱体溶液通过纺丝工艺制备获得PAN/PVP/醋酸镍复合纳米纤维；S103、将所述PAN/PVP/醋酸镍复合纳米纤维放入反应炉中，并在反应炉中放入PVP、PVA或PEO，进行热处理，得到碳纳米管/镍/碳纤维复合碳材料；S104、将所述碳纳米管/镍/碳纤维复合碳材料依次进行活化处理和去镍处理，得到碳纳米管/碳纤维复合碳材料，即获得所述碳纳米管复合材料。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张跃钢，丘勇才，侯远，杨晓伟，李桂珠，潘争辉，李洪飞，刘美男，周莉莎，李宛飞，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。