多孔复合纳米纤维纱线超级电容器的制备方法技术

本发明专利技术提供一种多孔复合纳米纤维纱线超级电容器的制备方法，属于纺织和电化学领域。该多孔石墨烯纤维及全固态超级电容器的制备方法以聚丙烯腈、氧化石墨及五氧化二钒为原料，通过静电纺丝技术制备多孔复合纳米纱线。以聚丙烯腈为载体，以五氧化二钒为成孔剂，并以氧化石墨来改善其物理机械性能制备的复合纳米纤维纱线，具有较高的比表面积和比电容。

【技术实现步骤摘要】
多孔复合纳米纤维纱线超级电容器的制备方法
本专利技术涉及一种多孔复合纳米纤维纱线超级电容器的制备方法，属于纺织和电化学领域。
技术介绍
静电纺丝是目前比较成熟且简便的制备纳米纤维材料的技术。利用静电纺丝制备的纳米纤维具有较高的比表面积，且根据原材料的不同可调节纳米纤维的表观形貌及其物理化学性能。利用静电纺丝技术制备的纳米纤维复合纱线其纱线直径较小具有较高的比表面积，此外纳米纤维纱线中的纤维取向排列均匀，纤维的机械性能得以提升。超级电容器又叫双电层电容器是一种新型电化学储能原件，它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。超级电容器按电极材料可分为活性炭电机材料，碳纤维电极材料，碳气凝胶电极材料，碳纳米管电极材料，其应用领域包括军事领域，绿色能源领域，交通运输领域，工业电器领域，消费电子等领域。应用于超级电容器的电极材料不同，其比表面积，比电容及导电性能也不同。金属氧化物和碳材料构成的复合纳米材料具有较高的比电容及稳定性，且纳米纤维材料的表观形态可控如纤维表面孔的大小及其分布，此外其具有优良的倍率性能且性价比较高。五氧化二钒价格相对低廉，其在高温下显著挥发，利用静电纺丝技术将其应用于超级电容器，不仅可以改善纳米纤维纱线的表观形态，也可发挥其赝电容性能从而提高其储能性能。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是PAN基碳纳米纤维柔韧性差，比表面积低，比电容低，从而储能性能低的问题。本专利技术针对上述问题提供一种简便高效的方法制备多孔复合纳米纤维纱线。为了解决上述问题，本专利技术采用的技术方案为：利用静电纺丝纳米纤维纱线装置，制备PAN/GO/V2O5纳米纤维纱线，并进行预氧化和碳化处理。更进一步的，所述的一种多孔复合纳米纤维纱线超级电容器的制备方法，包括如下步骤，具体为：步骤一，静电纺丝：将氧化石墨（GO）及五氧化二钒（V2O5）置于N,N二甲基甲酰胺（DMF）中超声制成悬浮液。然后将聚丙烯腈（PAN）置于该悬浮液，磁力搅拌12h，制得纺丝溶液，经静电纺丝技术制备复合纳米纤维纱线。步骤二，真空干燥：将所制得的纳米纤维纱线在真空干燥箱中干燥24小时。步骤三，预氧化：将干燥后的纳米纤维纱线进行预氧化。步骤四，碳化：将预氧化后的纤维进行碳化处理，制得多孔纳米纤维复合纱线。步骤五，超级电容器组装测试：将制备的多孔复合纳米纤维纱线浸渍聚合物胶体电解液，20~80度烘干后，制成纱线状超级电容器并进行测试。从上述技术来看，本专利技术的有益效果在于：第一，本专利技术制备的复合纳米纱线中纤维的取向度高，纱线的物理性能优良。第二，本专利技术制备的复合纳米纱线中孔的介孔分布可控，纱线比表面积高，比电容高，储能性能得以提升。第三，本专利技术制备的石墨烯纤维强度高、电导率高、导热率高。第四，本专利技术在复合纳米纤维纱线中添加氧化石墨，从而改善纤维的脆性，提高纱线的物理性能。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例1，一种多孔复合纳米纤维纱线超级电容器的制备方法，包括以下步骤：步骤一，静电纺丝：(1)将氧化石墨（GO）及五氧化二钒（V2O5）置于N,N二甲基甲酰胺（DMF）中超声10h,制得质量分数为0.5%（GO）、20%（五氧化二钒V2O5相对于聚丙烯腈PAN）的悬浮液。然后将聚丙烯腈（PAN）置于该悬浮液，磁力搅拌12h，制得质量分数为10%（相对于DMF）的PAN/GO/V2O5纺丝溶液。将所制得的溶液用于制备静电纺丝纳米纤维纱线，制得PAN/GO/V2O5纳米纤维纱线。步骤二，预氧化：所制得的纳米纤维纱线在真空干燥箱中干燥24小时，将纳米纤维纱线进行预氧化，以2℃/min的速度升温至280℃，并保温2h。步骤三，碳化：将预氧化后的纤维，以4℃/min的速度升温至800℃，并保温2h，得到碳纳米纤维复合纱线。步骤四，超级电容器组装测试：将制备的多孔纳米纤维纱线浸渍1ML-1/PVA聚合物胶体电解液，20~80度烘干后，制成纤维状超级电容器并进行测试。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多孔复合纳米纤维纱线超级电容器的制备方法，其特征在于：利用GO改善PAN基碳纳米纤维的脆性，并通过GO提升碳纳米纤维的石墨化程度以提升PAN基纳米纤维的导电性，利用金属氧化物V2O5的优良的赝电容性能及其在高温下挥发的特性来改变纳米纤维复合纱线的表观形貌使其表面呈现多孔的外观形态并提升纳米纤维复合纱线的比电容。

【技术特征摘要】
1.一种多孔复合纳米纤维纱线超级电容器的制备方法，其特征在于：利用GO改善PAN基碳纳米纤维的脆性，并通过GO提升碳纳米纤维的石墨化程度以提升PAN基纳米纤维的导电性，利用金属氧化物V2O5的优良的赝电容性能及其在高温下挥发的特性来改变纳米纤维复合纱线的表观形貌使其表面呈现多孔的外观形态并提升纳米纤维复合纱线的比电容。2.根据权利要求1所述的一种多孔复合纳米纤维纱线超级电容器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，具体为：步骤一，溶液制备：将氧化石墨（GO）及五氧化二钒（V2O5）置于N,N二甲基甲酰胺（DMF）中超声10h~15h,制得质量分数为0.1%~0.5%（GO）、5%~20%（五氧化二钒V2O5相对于聚丙烯腈PAN）的悬浮液，然后将聚丙烯腈（PAN）置于该悬浮液，磁力搅拌12h；步骤二，静电纺丝：取步骤1所制得的溶液用于制备静电纺丝纳米纤维纱线；步骤三，干燥：将步骤2中所制得的纳米纤维纱线在真空干燥箱中干燥24小时；步骤四，预氧化：将步骤3中的纤维进行预氧化；步骤五，碳化：将步骤4中制备的纤维，经高温碳化；步骤六，超级电容器组装测试：将步骤5中制备的纳米纤维复合纱线浸渍聚合物胶体电解液，再进行20~80度烘干后，制成纱线状超级电容器并进行测试。3.根据权利要求2所述的一种多孔复合纳米纤维纱线超级电容器的制备方法，其特征在于：所述步骤2中纳米纤维纱...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑贤宏，郑圆圆，文琦，付文丽，许庆丽，毛宁，陈文翀，覃小红，邱夷平，陈霞，张坤，
申请(专利权)人：东华镜月苏州纺织技术研究有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32