一種紙纖維基柔性超級電容器復合電極材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超級電容器復合電極材料的制備方法，尤其涉及一種紙纖維基柔性超級電容器復合電極材料的制備方法，屬于超級電容器領域。
【背景技術】
[0002]隨著可穿戴電子設備和電子器件的快速發(fā)展，對于其能量存儲設備的輕量化、高的功率密度、低成本和環(huán)境友好等性能的要求也越來越高。超級電容器作為一種新的電化學能量存儲設備，憑借其高的功率密度、能量密度和較長的使用周期等優(yōu)異性能而備受關注。在過去的十幾年里，超級電容器的研究朝著超薄、柔性、輕量化等方向發(fā)展，使其被認為是智能手表、手機、平板電腦等便攜式電子設備能源供應裝置的最佳候選者。
[0003]電極材料作為超級電容器的重要組成部件之一，其發(fā)展趨勢也趨于柔性化和輕量化。目前，很多的柔性材料被用來作為電極材料的基板材料，例如石墨烯紙、聚二甲基硅氧烷等。石墨烯作為一種SP2雜化的二維碳材料，具備優(yōu)異的導電導熱、機械性能和較大的比表面積，同樣在電極材料顯示出較高的競爭力，并已有學者證明了石墨烯作為電極材料在太陽能電池、超級電容器中的應用價值。另外，一些導電聚合物組成的贗電容電極材料，如聚苯胺溶液(PANI)、聚吡咯(PPY)、聚噻吩(PTP)等，憑借制備方法簡單、環(huán)境穩(wěn)定和較高的比電容同樣引起了研究學者的廣泛關注。
[0004]紙纖維作為一種廉價、環(huán)境友好的有機材料，其表面含有大量的親水性官能團，如羥基、羧基等，其能夠很好地和石墨烯、碳納米管等碳其他材料通過氫鍵作用牢牢地結合在一起，同時其優(yōu)異的柔韌性為其成為可穿戴式儲能設備提供了可能。紙纖維素的親水性使其電極材料和電解液充分接觸，并保證了電解液中離子高效、快速擴散，從而進一步提升超級電容器的電化學性能。
[0005]然而目前的柔性超級電容器電極材料多為單一的雙電層電容碳材料或贗電容材料，在功率密度和能量密度方面存在各自的不足，一定程度上限制了超級電容器的性能，同時其柔性基板多為有機合成樹脂，其制備成本高、工藝復雜，影響了柔性超級電容器電極材料的進一步應用。因此開發(fā)一種具有材料低廉環(huán)保、工藝簡單的復合電容電極材料已成為超級帶電容器的發(fā)展方向。
[0006]目前很少有以紙纖維基作為柔性基板材料并同時結合雙電層電容和贗電容材料的制備報道。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種紙纖維基柔性超級電容器復合電極材料的制備方法，本制備方法制備的紙纖維基柔性超級電容器復合電極材料的比電容高，且具有較高的柔性，使用壽命長。
[0008]本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案為:一種紙纖維基柔性超級電容器復合電極材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0009](1)以氧化石墨烯、紙纖維為原料制備石墨烯包覆碳纖維，將石墨烯包覆碳纖維分散于水中，制得石墨烯包覆碳纖維分散液；
[0010](2)向步驟(1)制備的石墨烯包覆碳纖維分散液中加入聚苯胺溶液，聚苯胺溶液的質(zhì)量:氧化石墨烯的質(zhì)量=1:1?1:5，超聲，制得聚苯胺溶液/石墨烯/紙纖維分散液，所述聚苯胺溶液/石墨烯/紙纖維分散液真空抽濾，洗滌，制得紙纖維基柔性超級電容器復合電極材料。
[0011]上述技術方案中，聚苯胺溶液的質(zhì)量:氧化石墨烯的質(zhì)量可以為1:1、1:1.2、1:1.5、1:1.8、1:2、1:2.3、1:2.5、1:2.9、1:3、1:3.3、1:3.5、1:3.8、1:4、1:4.2、1:4.5、1:4.7或1:5。
[0012]優(yōu)選的，步驟(1)中，所述石墨烯包覆碳纖維分散液的制備過程為:將所述氧化石墨烯超聲分散至水中，制得氧化石墨烯分散液；向所述氧化石墨烯分散液中加入紙纖維，超聲，加入還原劑，所述還原劑還原氧化石墨烯，制得石墨烯包覆碳纖維分散液。
[0013]優(yōu)選的，所述氧化石墨稀分散液的濃度為0.1?4mg/mL，優(yōu)選為1?3mg/mL，進一步優(yōu)選為1?2mg/mL。所述氧化石墨稀分散液的濃度可以為0.15mg/mL、0.2mg/mL、0.3mg/mL、
0.4mg/mL、0.5mg/mL、0.6mg/mL、0.7mg/mL、0.8mg/mL、0.9mg/mL、lmg/mL、1.2mg/mL、1.5mg/mL、1.8mg/mL、1.9mg/mL、2.0mg/mL、2.2mg/mL、2.5mg/mL、2.8mg/mL、3.0mg/mL、3.3mg/mL、3.5mg/mL、3.8mg/mL、3.9mg/mL或 4mg/mL
[0014]優(yōu)選的，所述還原劑還原氧化石墨烯的反應溫度為80?150°C，反應時間為30?120min；
[0015]優(yōu)選的，所述反應溫度為100?130°C，進一步優(yōu)選為110?120°C;
[00? 6] 優(yōu)選的，所述反應時間為50?1 lOmin，進一步優(yōu)選為80?lOOmin，更進一步優(yōu)選為85?95min。
[0017]上述反應溫度可以為83°(3、85°(3、87°(3、90°(3、93°(3、95°(3、98°(3、100°(3、102°(3、105°C、108°C、110°C、113°C、115°C、117°C、120°C、122°C、125°C、129°C、13(rC、132°C、135°C、138°C、140°C、142°C、145°C、148°CS150°C。
[0018]優(yōu)選的，在室溫下，將所述氧化石墨烯超聲分散至水中，制得氧化石墨烯分散液。
[0019]優(yōu)選的，所述紙纖維的質(zhì)量:氧化石墨稀的質(zhì)量=1:1?5:1，優(yōu)選為2:1?4:1，進一步優(yōu)選為2.5:1?3.5:1。
[0020]所述紙纖維的質(zhì)量:氧化石墨烯的質(zhì)量比可以為1:1、1.2:1、1.5:1、1.8:1、2:1、2.3:1、2.5:1、2.9:1、3:1、3.3:1、3.5:1、3.8:1、4:1、4.2:1、4.5:1、4.7:1或5:1。
[0021]優(yōu)選的，所述還原劑為水合肼、抗壞血酸、氫碘酸、碘中的一種或兩種以上;所述組合典型非限制的有水合肼與抗壞血酸的組合，水合肼與氫碘酸的組合，抗壞血酸與碘的組合，水合肼、抗壞血酸與氫碘酸的組合，抗壞血酸、氫碘酸與碘的組合等。
[0022]將所述氧化石墨烯超聲分散至水中，制得氧化石墨烯分散液，超聲時間為30?120min，優(yōu)選為50?1 lOmin，進一步優(yōu)選為80?lOOmin，更進一步優(yōu)選為90?lOOmin;超聲時間可以為35min、40min、45min、50min、55min、60min、65min、70min、75min、80min、85min、90min、95min、lOOmin、105min、llOmin、115min或120mino
[0023]優(yōu)選的，向所述氧化石墨稀分散液中加入紙纖維，超聲30?120min，加入還原劑，制得石墨稀包覆碳纖維分散液;優(yōu)選超聲50?1 lOmin，進一步優(yōu)選超聲80?lOOmin，更進一步優(yōu)選超聲90?lOOmin。
[0024]上述超聲時間可以為35min、40min、45min、50min、55min、60min、65min、70min、75min、80min、85min、90min、95min、lOOmin、105min、llOmin、115min或120mino
[0025]優(yōu)選的，步驟(2)中，向步驟(1)制備的石墨烯包覆碳纖維分散液中加入聚苯胺溶液，超聲5?30min，制得聚苯胺溶液/石墨稀/紙纖維分散液;優(yōu)選超聲10?30min，進一步優(yōu)選超聲15?25min。
[0026]上述超聲時間可以為6111；[11、7111；[11、8111；[11、911