一种超级电容器用导电聚合物纤维及其制备方法技术

本发明专利技术涉及电极材料制备方法，具体涉及一种超级电容器用导电聚合物纤维及其制备方法，将乙酸盐、电纺剂和溶剂配制成电纺液，然后将电纺液采用静电纺丝法制成纳米纤维，再将纳米纤维在保护性气体气氛下煅烧制得金属氧化物/碳纤维材料，再将金属氧化物/碳纤维材料与导电高分子单体通过原位聚合的方式制得超级电容器用导电聚合物纤维，该方法可有效保证导电聚合物纤维直径的均一性，提高比表面积，进而提供了更多的活性位点使大量的电解质离子参与了电荷储存，提高了容量。该导电聚合物纤维用作超级电容器电极材料，具有能量密度高、功率密度高、循环寿命长的特点。循环寿命长的特点。循环寿命长的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种超级电容器用导电聚合物纤维及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电极材料制备方法，具体涉及一种超级电容器用导电聚合物纤维及其制备方法，属于电化学


技术介绍

[0002]超级电容器是一种新型储能装置，其具有功率密度高、充电时间短、循环寿命长、使用温度范围宽、节约能源和绿色环保的特点。储能原理为双电层的电容器电极材料主要为碳材料，如活性炭、碳纳米管、介孔碳和碳化合物衍生碳，采用该类碳材料作为电极组装的超级电容器具有较高的功率密度，但是由于碳材料的比电容较低，无法提高超级电容器的能量密度。为了进一步提高储能器件的容量，结构中赝电容电极材料的引入是较好的策略与手段。赝电容电极材料主要为过渡金属氧化物和导电聚合物，由于这些电极材料具有较高的氧化还原活性，与碳极材料相比具有更高的容量及能量密度。尽管使用赝电容电极材料显著提升了超级电容器的能量密度，但由于低电导率带来的法拉第反应的迟缓性，使得超级电容器的功率密度和循环稳定性较差。
[0003]碳材料具有较高的比表面积、优异的力学性能及化学稳定性好等优点。将导电聚合物材料与碳材料复合，不仅可以将双电层电容与法拉第赝电容相结合，提高电极材料的能量密度，还能利用碳基材料良好的机械性能解决导电聚合物循环特性不好的问题。中国专利技术专利CN 1880526A中公开了一种超疏水导电高分子纳米纤维制备方法，其通过静电纺丝制备制备超疏水纳米纤维，然后将纳米纤维浸泡在导电高分子酸性溶液中，再将氧化剂酸性溶液缓慢滴加到浸泡纳米纤维的导电高分子酸性溶液中，制得导电高分子纳米纤维。该制备方式存在的问题为难以有效保障氧化剂在纤维上均匀分布，造成纳米纤维导电层厚度不均匀、纳米纤维长度方向上未完全被导电层包覆等现象。中国专利技术专利CN 107083680A中公开了碳纤维表面原位聚合吡咯的修饰方法，其通过将碳纤维与吡咯水分散液混合，然后加入氧化剂溶液以实现化学氧化聚合，但该制备方式存在的问题是：吡咯单体仅为简单的吸附在碳纤维表面，当加入氧化剂溶液后，碳纤维表面吸附的吡咯解吸附的程度不同，加之未进行搅拌，无法保障碳纤维表面聚吡咯层的均匀性，表现为性能一般。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术的不足，提出了一种超级电容器用导电聚合物纤维及其制备方法。
[0005]具体是通过以下技术方案来实现的：
[0006]一种超级电容器用导电聚合物纤维是将乙酸盐、电纺剂和溶剂配制成电纺液，然后将电纺液采用静电纺丝法制成纳米纤维，再将纳米纤维在保护性气体气氛下煅烧制得金属氧化物/碳纤维材料，再将金属氧化物/碳纤维材料与导电高分子单体通过原位聚合的方式制得超级电容器用导电聚合物纤维。
[0007]一种超级电容器用导电聚合物纤维的制备方法，包括如下步骤：
[0008]a将电纺剂加入到溶剂中，恒温搅拌2～6h，配制成质量分数为10％～16％的透明溶液；
[0009]b将乙酸盐与电纺剂按照1:0.5～1:3的质量比加入到透明溶液中，恒温继续搅拌1～3h，得到电纺液；
[0010]c将电纺液加入到注射器进行静电纺丝，纺丝电压16kV～24kV，纺丝距离10cm～20cm，注射泵推进速度0.1mL/h～0.45mL/h，制得纳米纤维；
[0011]d将纳米纤维置于马弗炉中，在保护性气体气氛下以1℃/min～5℃/min的温升速率升温至500℃～800℃，并保温煅烧2h～5h，制得金属氧化物/碳纤维材料；
[0012]e将导电高分子单体加入到去离子水中，充分搅拌2h，制成体积浓度为1％～5％的导电高分子单体溶液；
[0013]f将金属氧化物/碳纤维材料浸泡在导电高分子单体溶液中0.5h～1.5h，均匀搅拌；
[0014]g取酸溶液缓慢滴加到步骤f溶液中，均匀搅拌，制得导电聚合物纤维前躯体；
[0015]h将导电聚合物纤维前躯体用去离子水清洗5～10次，25℃烘干，制得导电聚合物纤维。
[0016]所述溶剂为去离子水、乙醇、丙酮、N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)、乙酸中的任一种。
[0017]所述乙酸盐为乙酸铁、乙酸铜、乙酸锰的任一种。
[0018]所述电纺剂为聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚炳烯腈(PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)中的任一种。
[0019]所述保护性气体为氮气、氩气中的任一种。
[0020]所述导电高分子单体为吡咯、噻吩、苯胺中的任一种。
[0021]所述酸溶液为盐酸溶液、硫酸溶液、硝酸溶液、柠檬酸溶液中的任一种。
[0022]所述酸溶液的浓度为1mol/L，用量与步骤e中去离子的体积比为1:2。
[0023]有益效果：
[0024]本专利技术的导电聚合物纤维具有核壳结构，核为碳纤维，壳为厚度均匀的导电高分子层，具有能量密度高、功率密度高、循环寿命长的特点。
[0025]本专利技术的制备方法可有效保证导电聚合物纤维直径的均一性，提高比表面积，进而提供了更多的活性位点使大量的电解质离子参与了电荷储存，提高了容量。
[0026]本专利技术方法先通过静电纺丝、煅烧处理，使金属氧化物在碳纤维中均匀分布，制得金属氧化物/碳纤维材料，然后将金属氧化物/碳纤维材料在导电高分子单体溶液中浸泡后，碳纤维表面均匀吸收导电高分子单体，缓慢滴入酸溶液后，碳纤维中的金属阳离子逐步“释放”，其作为氧化剂引发高分子单体聚合，可实现导电高分子单体完全依照碳纤维形状形成导电聚合物层，能够有效保障纤维径向方向和长度方向导电聚合物层的均匀性，同时避免了氧化剂的加入，节约了试剂成本。
[0027]本专利技术的导电聚合物纤维用作超级电容器电极材料，不仅可以将双电层电容与法拉第赝电容相结合，提高电极材料的能量密度，还能有效提升循环稳定性。
附图说明
[0028]图1为实施例1制备的导电聚合物材料扫描电镜图；
[0029]图2为实施例1制备的导电聚合物纤维扫描电镜图；
[0030]图3为实施例1制备的导电聚合物纤维透射电镜图；
[0031]图4为实施例1所得材料用于超级电容器中充放电曲线图。
具体实施方式
[0032]下面对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明，但本专利技术并不局限于这些实施方式，任何在本实施例基本精神上的改进或代替，仍属于本专利技术权利要求所要求保护的范围。
[0033]实施例1
[0034]一种导电聚合物纤维的制备方法，包括如下步骤：
[0035]a将1g聚乙烯醇(PVA)加入到9g N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)溶剂中，搅拌2h配制成质量分数为10％的透明溶液；
[0036]b将乙酸铁与电纺剂按照1:0.5的质量比加入到上述透明溶液中，恒温继续搅拌1h，得到电纺液；
[0037]c将上述的电纺液加入到注射器进行静电纺丝，纺丝电压16kV，纺丝距离10cm，注射泵推进速度0.1mL/h，制得纳米纤维；
[0038]d将制备得到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超级电容器用导电聚合物纤维，其特征在于，是将乙酸盐、电纺剂和溶剂配制成电纺液，然后将电纺液采用静电纺丝法制成纳米纤维，再将纳米纤维在保护性气体气氛下煅烧制得金属氧化物/碳纤维材料，再将金属氧化物/碳纤维材料与导电高分子单体通过原位聚合的方式制得超级电容器用导电聚合物纤维。2.如权利要求1所述的一种超级电容器用导电聚合物纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a将电纺剂加入到溶剂中，恒温搅拌2～6h，配制成质量分数为10％～16％的透明溶液；b将乙酸盐与电纺剂按照1:0.5～1:3的质量比加入到透明溶液中，恒温继续搅拌1～3h，得到电纺液；c将电纺液加入到注射器进行静电纺丝，纺丝电压16kV～24kV，纺丝距离10cm～20cm，注射泵推进速度0.1mL/h～0.45mL/h，制得纳米纤维；d将纳米纤维置于马弗炉中，在保护性气体气氛下以1℃/min～5℃/min的温升速率升温至500℃～800℃，并保温煅烧2h～5h，制得金属氧化物/碳纤维材料；e将导电高分子单体加入到去离子水中，充分搅拌2h，制成体积浓度为1％～5％的导电高分子单体溶液；f将金属氧化物/碳纤维材料浸泡在导电高分子单体溶液中0.5h～1.5h，均匀搅拌；g取酸溶液缓慢...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹云鹤，邹睿，袁再芳，
申请(专利权)人：贵州梅岭电源有限公司，
类型：发明
国别省市：