超级电容纤维电极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超级电容纤维电极及其制备方法，所述纤维电极包括导电纤维及沉积于所述导电纤维上的多层纳米颗粒，多层纳米颗粒之间呈孔状结构。本发明专利技术采用电化学沉积，在直径为100微米的铂金丝表面得到一个多孔的石墨烯-碳球层状结构，其具备良好的双层电容效应，符合制作纤维状超级电容的要求，且循环寿命长。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及超级电容
，特别是涉及一种。
技术介绍
超级电容根据其储能方式的不同，超级电容分为双电层电容、赝电容及其以上两种电容的混合电容，共三种。其中，双电层超级电容的电极材料主要为碳材料，包括主要有活性炭、碳气凝胶、碳纳米 管以及氧化石墨烯等。作为双电层电容的电极材料，需要具备良好的导电性、以及面积大等等，而石墨就具备这样的特性，故选择石墨作为超级电容电极材料。现有技术中超级电容电极制备方法主要包括两种:1.有利用水热法制备的碳球(直径200纳米，并且表面带有负电荷)进行功能化处理，使其带正电荷，与表面带有负电荷的氧化石墨烯进行自组装，得到这样的一种材料来制备片状的超级电容电极片；2.有用多根碳纤维在墨水中浸泡，直接用于纤维状超级电容器的电极。现有技术主要是利用自组装的方式来将碳球、氧化石墨烯结合到一起，然后通过高速离心的方式得到多层结构物质，不能将该结构涂覆到纤维表面，来制作纤维状超级电容，只适合于平板型超级电容。因此，针对上述技术问题，有必要提供一种。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种。为了实现上述目的，本专利技术实施例提供的技术方案如下:一种超级电容纤维电极，所述纤维电极包括导电纤维及沉积于所述导电纤维上的多层纳米颗粒，多层纳米颗粒之间呈孔状结构。作为本专利技术的进一步改进，所述导电纤维包括钼金丝和碳纤维。作为本专利技术的进一步改进，所述纳米颗粒包括碳球及片状石墨烯。相应地，一种超级电容纤维电极的制备方法，所述方法包括:S1、制作表面带负电荷的第一纳米颗粒；S2、称取若干第一纳米颗粒，分散于酒精中，并进行超声处理；S3、在步骤S2中的溶液中加入包括带有负电荷的第二纳米颗粒溶液，并进行超声处理；S4、取步骤S3中溶液放置于金属环中，将导电纤维浸泡在溶液中，在导电纤维和金属环上分别连接电源正极和负极后施加直流电，反应结束后取出导电纤维，室温晾干；S5、将步骤S4中的导电纤维浸泡于氢碘酸中，并进行水浴加热后得到纤维电极。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S2后还包括:在步骤S2中的溶液中加入纯水，并进行超声处理。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤SI中表面带负电荷的第一纳米颗粒制备方法包括水热法。作为本专利技术的进一步改进，所述第一纳米颗粒为碳球，第二纳米颗粒为片状石墨烯。作为本专利技术的进一步改进，所述导电纤维包括钼金丝和碳纤维。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S2 S3中超声处理的时间为I 20分钟。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S4中直流电为I 20V，直流电施加时间为I 20分钟。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S4后还包括:在60度烘箱内干燥10 60分钟。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S5中水浴加热温度为98度，水浴加热时间为I 3小时。与现有技术相比，本专利技术采用电化学沉积，在直径为100微米的导电纤维表面得到一个多孔的石墨烯-碳球层 状结构，其具备良好的双层电容效应，符合制作纤维状超级电容的要求，且循环寿命长。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术一实施方式中环形电场产生装置的结构示意图；图2为本专利技术一实施例中纤维电极的C-V曲线；图3为本专利技术一实施例中纤维电极的G⑶曲线；图4为本专利技术一实施例中纤维电极的交流阻抗曲线；图5为本专利技术一实施例中纤维电极的循环测试曲线。具体实施例方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术中的技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。本专利技术公开了一种应用于超级电容的纤维电极，纤维电极包括导电纤维及沉积于导电纤维上的孔状、多层纳米颗粒结构。其中，导电纤维可以为钼金丝和碳纤维或其他导电纤维，电极的长度通过建立的不同高度的环形电场进行设置，纳米颗粒包括碳球、片状石墨烯等。本专利技术主要是应用电化学沉积，在直径为100微米的钼金丝表面得到一个多孔的石墨-烯碳球层状结构。制备方法包括:由于水热反应制作的直径为200纳米左右的碳球，碳球表面带负电荷，氧化石墨烯表面也带有负电荷，故在一个环形电场的作用下，氧化石墨烯和碳球都向正极的钼金丝移动，并且沉积在钼金丝表面，得到多孔的、多层碳球、氧化石墨稀结构。环形电场的产生装置如图1所示，通过一个环形金属I与直流电源3的负极连接，钼金丝2与电源的正极连接，从而来建立一个环形电场。由于碳球4和氧化石墨烯5表面都带有负电，因此，在电场的作用下，在正极钼金丝表面能够得到多层的碳球、氧化石墨烯结构，然后通过化学还原方法还原氧化石墨烯，得到纤维电极。本专利技术不仅仅限于钼金丝，是导电纤维就可以，还包括碳纤维等。电极的长度可以通过建立的不同高度的环形电场进行设置。球也不仅仅限于碳球，这里的球可以是导体或者非导体，通过功能化处理使其带有负电荷即可。本专利技术还公开了一种超级电容纤维电极的制备方法，该方法具体包括:S1、制作表面带负电荷的第一纳米颗粒；S2、称取若干第一纳米颗粒，分散于酒精中，并进行超声处理。本实施方式中第一纳米颗粒为碳球；S3、在步骤S2中的溶液中加入包括带有负电荷的第二纳米颗粒溶液，并进行超声处理。本实施方式中第 二纳米颗粒为氧化石墨烯；S4、取步骤S3中溶液放置于金属环中，将导电纤维浸泡在溶液中，在导电纤维和金属环上分别连接电源正极和负极后施加直流电，反应结束后取出导电纤维，室温晾干。其中，导电纤维可以为钼金丝或碳纤维等；S5、将步骤S4中的导电纤维浸泡于氢碘酸中，并进行水浴加热后得到纤维电极。其中，步骤S2后还包括:在步骤S2中的溶液中加入纯水，并进行超声处理。该步骤根据纤维质地的不同进行选择，电化学沉积需要这个步骤，而电泳则不需要此步骤。步骤SI中表面带负电荷的第一纳米颗粒制备方法包括水热法及其他基团处理方法。本实施方式中，采用水热反应可以使第一纳米颗粒表面带有负电荷。优选地，步骤S2 S4中超声处理的时间为I 20分钟；步骤S5中直流电为I 20V，直流电施加时间为I 20分钟；步骤S6中水浴加热温度为98度，水浴加热时间为I 3小时。进一步地，在步骤S5后还可包括:在60度烘箱内干燥10 60分钟。在本专利技术的一具体实施例中，纤维电极的制备方法具体为:S1、利用水热反应制作200纳米直径的碳球；S2、称取5mg碳球,分散于IOmL酒精中，超声10分钟；S3、在以上溶液中加入ImL纯水超声10分钟；S4、在以上溶液中加入5mg/mL的氧化石墨烯溶液lmL，超声10分钟；S5、取以上溶液5mL放置于实验设备的金属环中，将钼金丝浸泡其中，通DClOV电压，10分钟后，取出钼金丝，室温晾干，烘箱60度，半小时干燥；S6、氢碘酸还原氧化石墨烯，将以上的纤维钼金丝电极浸泡于烧杯中的氢碘酸中，98度水浴，2小时，即得到纤维状柔性钼金丝纤维电极。利用电化学工作站三电极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超级电容纤维电极，其特征在于，所述纤维电极包括导电纤维及沉积于所述导电纤维上的多层纳米颗粒，多层纳米颗粒之间呈孔状结构。

【技术特征摘要】
1.一种超级电容纤维电极，其特征在于，所述纤维电极包括导电纤维及沉积于所述导电纤维上的多层纳米颗粒，多层纳米颗粒之间呈孔状结构。2.根据权利要求1所述的超级电容纤维电极，其特征在于，所述导电纤维包括钼金丝和碳纤维。3.根据权利要求1所述的超级电容纤维电极，其特征在于，所述纳米颗粒包括碳球及片状石墨烯。4.一种如权利要求1所述的超级电容纤维电极的制备方法，其特征在于，所述方法包括: 51、制作表面带负电荷的第一纳米颗粒； 52、称取若 干第一纳米颗粒，分散于酒精中，并进行超声处理； 53、在步骤S2中的溶液中加入包括带有负电荷的第二纳米颗粒溶液，并进行超声处理； 54、取步骤S3中溶液放置于金属环中，将导电纤维浸泡在溶液中，在导电纤维和金属环上分别连接电源正极和负极后施加直流电，反应结束后取出导电纤维，室温晾干； 55、将步骤S4中的导电纤维浸泡于氢碘酸中，并进行水浴加热后得到纤维电极。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：张克勤，张雄，祁宁，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：