本發(fā)明涉及新能源材料領(lǐng)域，特別是一種柔性纖維電極的制備方法。

背景技術(shù)：

隨著人們對(duì)可穿戴便攜式電子設(shè)備需求的日益增長(zhǎng)，新能源領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)逐漸轉(zhuǎn)向研究和開(kāi)發(fā)柔性?xún)?chǔ)能設(shè)備。其中，柔性纖維型碳電極材料作為儲(chǔ)能器件中最重要的組成部分，成為了科研工作者的研究重點(diǎn)。對(duì)于高性能柔性?xún)?chǔ)能器件而言，具有優(yōu)越柔性和導(dǎo)電性的石墨烯纖維電極的開(kāi)發(fā)受到了廣泛的關(guān)注。

石墨烯的可塑性極大，它可以包裹成富勒烯結(jié)構(gòu)、卷曲成碳納米管、或者堆疊成三維的石墨及類(lèi)石墨結(jié)構(gòu)。單層的石墨烯具有極好的電子傳輸性能和強(qiáng)大的機(jī)械性能。石墨烯是一種超輕材料，其單元結(jié)構(gòu)中碳原子間的連接非常穩(wěn)定。基于這些優(yōu)異的性能，以石墨烯為基礎(chǔ)的電極材料將會(huì)發(fā)揮極大的潛力。低溫還原自組裝的柔性電極材料具有以下優(yōu)點(diǎn)：選用性能穩(wěn)定的電極材料，提高了安全性；超輕薄的電極材料和精簡(jiǎn)的組裝過(guò)程，大大縮減了體積，使整個(gè)器件更小更輕；電極材料用量少，降低了生產(chǎn)成本。

目前，石墨烯基的纖維電極已有很多制備方法，雖然同樣用了還原自組裝的方法但大都是使用有機(jī)還原劑，成本高污染大。如何制備一種工藝簡(jiǎn)單、綠色環(huán)保、電化學(xué)和力學(xué)性能優(yōu)良的纖維電極，成為熱門(mén)的研究課題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種柔性纖維電極的制備方法，工藝簡(jiǎn)單、綠色環(huán)保，所制備纖維電極的力學(xué)性能和電學(xué)性能突出，比電容高。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的柔性纖維電極的制備方法，步驟如下：

1）采用hummers法制備氧化石墨烯，加水進(jìn)行分散得氧化石墨烯分散液；

2）將多壁碳納米管進(jìn)行改性處理，得均勻分散的多壁碳納米管水溶液；

3）將氧化石墨烯分散液和多壁碳納米管水溶液均勻混合，然后進(jìn)行超聲波處理，得混合溶液；

4）在混合溶液中加入抗壞血酸，攪拌均勻后，用針管注入玻璃管內(nèi)，兩端用橡膠塞密封；

5）將玻璃管放置烘箱中，在40℃下反應(yīng)1小時(shí)，取出玻璃管即得成品。

進(jìn)一步地，步驟1）中所述氧化石墨烯分散液的濃度為1～2mg/ml。

進(jìn)一步地，步驟2）中所述多壁碳納米管水溶液的濃度為1～2mg/ml。

進(jìn)一步地，步驟3）中所述氧化石墨烯分散液與多壁碳納米管水溶液的濃度比是1:1，混合溶液的濃度為1～2mg/ml。

進(jìn)一步地，步驟4）中抗壞血酸與氧化石墨烯的質(zhì)量比為1:5。

進(jìn)一步地，步驟2）、步驟3）用于分散氧化石墨烯和多壁碳納米管的分散液為水。

進(jìn)一步地，步驟3）使用超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)進(jìn)行超聲波處理，頻率為500w。

進(jìn)一步地，步驟4）中所述玻璃管為內(nèi)徑為5mm的玻璃管，橡膠塞為與玻璃管配合的管帽。

特別地，采用上述制備方法所制得的柔性纖維電極。

本發(fā)明的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和進(jìn)步是：

本發(fā)明的有益效果為：（1）制備工藝簡(jiǎn)單，制備時(shí)間短，用作分散液的只有水，并且采用環(huán)保還原劑抗壞血酸，有效降低了成本且無(wú)污染，綠色環(huán)保。

（2）在石墨烯纖維中摻雜了多壁碳納米管，增強(qiáng)了石墨烯纖維的力學(xué)性能和電學(xué)性能，提高了比電容。所制得的柔性纖維電極不僅具有高的電活性材料加載量，同時(shí)具有優(yōu)異的機(jī)械柔韌性。

（3）所制得的柔性纖維電極擁有三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，這種結(jié)構(gòu)可以加快電解液離子的擴(kuò)散，有效地促進(jìn)電化學(xué)反應(yīng)，對(duì)其電化學(xué)性能的提升起到關(guān)鍵性的作用。

本發(fā)明所制備的柔性纖維電極可廣泛用于電池、超級(jí)電容材料及綠色環(huán)保汽車(chē)等領(lǐng)域。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例2制備的柔性纖維電極的斷面掃描電鏡圖像。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例1制備的柔性纖維電極的反應(yīng)裝置示意圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例1制備的柔性纖維電極拉伸曲線。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例2制備的柔性纖維電極循環(huán)伏安曲線。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面本發(fā)明中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。

實(shí)施例1：

將1g石墨粉與2g硝酸鈉放入圓底燒瓶冰浴，進(jìn)行機(jī)械攪拌同時(shí)緩慢滴加濃硫酸46ml，保持冰浴在10℃以下，反應(yīng)1小時(shí)。隨后加入6g高錳酸鉀反應(yīng)4小時(shí)，將溫度調(diào)至35℃繼續(xù)反應(yīng)20小時(shí)。隨后加入20ml30%的雙氧水，繼續(xù)攪拌30分鐘，加入200ml去離子水。離心洗滌得到氧化石墨烯，將其分散在水中，得氧化石墨烯分散液。

將1g碳納米管預(yù)先進(jìn)行500℃高溫純化處理1小時(shí)，然后加入23ml濃硫酸常溫?cái)嚢?0小時(shí)，隨后加入350mg的硝酸鈉和1g的高錳酸鉀，在40℃攪拌2小時(shí)后加入10ml30%的雙氧水，離心洗滌得到氧化改性的碳納米管，將其分散在水中，得多壁碳納米管水溶液。

將氧化石墨烯分散液和多壁改性碳納米管水溶液按濃度比1:1均勻分散于水中，形成濃度為2mg/ml的分散液，經(jīng)超聲和磁力攪拌使其形成均勻的混合溶液。在混合溶液中加入抗壞血酸0.2g，攪拌均勻后利用注射器將溶液注入玻璃管并塞好橡膠塞，在40℃烘箱中反應(yīng)1小時(shí)，如圖2所示靜置進(jìn)行干燥，得到柔性纖維電極。

本實(shí)施例得到纖維電極具有良好的柔韌性。圖3所示，對(duì)本實(shí)施例得到的柔性纖維電極進(jìn)行拉伸力測(cè)試，其拉伸性能十分優(yōu)異，最大形變可達(dá)150%。

實(shí)施例2：

將1g石墨粉與2g硝酸鈉放入圓底燒瓶冰浴，進(jìn)行機(jī)械攪拌同時(shí)緩慢滴加濃硫酸46ml，保持冰浴在10℃以下，反應(yīng)1小時(shí)。隨后加入6g高錳酸鉀反應(yīng)4小時(shí)，將溫度調(diào)至35℃繼續(xù)反應(yīng)20小時(shí)。隨后加入20ml30%的雙氧水，繼續(xù)攪拌30分鐘，加入200ml去離子水。離心洗滌得到氧化石墨烯，將其分散在水中，得氧化石墨烯分散液。

將1g碳納米管預(yù)先進(jìn)行500℃高溫純化處理1小時(shí)，然后加入23ml濃硫酸常溫?cái)嚢?0小時(shí)，隨后加入350mg的硝酸鈉和1g的高錳酸鉀，在40℃攪拌2小時(shí)后加入10ml30%的雙氧水，離心洗滌得到氧化改性的碳納米管，將其分散在水中，得多壁碳納米管水溶液。

將氧化石墨烯分散液和多壁改性碳納米管水溶液按濃度比1:1均勻分散于水中，形成濃度為1mg/ml的分散液，經(jīng)超聲和磁力攪拌使其形成均勻的混合溶液。在混合溶液中加入抗壞血酸0.2g，攪拌均勻后利用注射器將溶液注入玻璃管并塞好橡膠塞，在40℃烘箱中反應(yīng)1小時(shí)，如圖2所示靜置進(jìn)行干燥，得到柔性纖維電極。

本實(shí)施例得到纖維電極具有良好的電化學(xué)性能。如圖1所示，碳納米管作為導(dǎo)電支架，使得纖維電極具有三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這樣有利于電解液離子的遷移，促進(jìn)了電化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生。如圖4所示，用循環(huán)伏安法對(duì)其進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試得到的曲線，顯示出良好的電化學(xué)性能。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種柔性纖維電極的制備方法，制備步驟為分別制備氧化石墨烯分散液和多壁碳納米管水溶液，然后混合均勻后進(jìn)行超聲波處理，再加入抗壞敗血酸，注入玻璃管內(nèi)密封后放置烘箱中進(jìn)行反應(yīng)，制得成品。本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單，而且采用環(huán)保還原劑抗壞血酸，成本低無(wú)污染，綠色環(huán)保。制得的柔性電極具有優(yōu)異的機(jī)械柔韌性，而且電化學(xué)性能和力學(xué)性能突出，比電容高，可廣泛用于電池、超級(jí)電容材料及綠色環(huán)保汽車(chē)等領(lǐng)域。

技術(shù)研發(fā)人員：龐起;姜乃萌
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廣西大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.04.14
技術(shù)公布日：2017.08.22