[发明专利]一种平面状柔性超级电容器的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于一种基于纺织布、碳纳米管（carbon  nanotube，CNT）和聚吡咯（Polypyrrole, PPy）制备平面状柔性超级电容器的制备技术领域，具体为平面状柔性超级电容器的制备方法。

背景技术

超级电容器是一种具备高能量密度的电化学电容器。它作为一种新型的储能装置，近年来得到广泛的研究，它的能量密度远远高于传统电容器；而且它的循环寿命、功率密度、充放电效率等性能都优于二次电池。但随着科技的发展，柔性电子器件走进了大家的生活，具有柔性轻质安全的储能器件将会大大促进电子产业的发展。因传统的电源如电池、超级电容器等都是固体结构，刚性太强，在使用时不给穿戴者带来任何不便，所以为了更好地满足人们对于现代科技产品和高质量绿色生活的需求，发展具有高能量密度及高循环稳定性的轻质柔性储能器件势在必行。碳材料是构建高性能柔性能源存储的关键，将碳材料和具有良好的柔性、较高的机械强度且价格便宜的纺织布结合在柔性储能器具有广泛的发展前景。碳材料中的碳纳米管具有良好的导电性、极好的化学和热稳定性，碳纳米管这种一维的管状结构既可以作为柔性电极中的支撑骨架，也可以构建优越的长程导电网络，提供能源存储活性位点。有机导电高分子如聚吡咯、聚苯胺、和聚噻吩等是一类具有长链共辗结构的高分子聚合物，具有原料易得、合成简便、柔韧性好、氧化还原反应可逆以及理论容量高等优点，是作为柔性超级电容器电极的理想材料同时聚吡咯具有良好的稳定性，但其导电性不高限制了其在超级电容器中的应用。所以现在对于超级电容器电极材料的研究还是主要停留在柔性阶段。因此，在纺织布上附着碳纳米管并掺杂聚吡咯的复合材料对于制备具有高容量，高导电性和高强度的平面状柔性超级电容器有着非常重要的意义。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种具有优良性能的平面状柔性超级电容器的制备方法。其具体技术方案如下：

一种平面状柔性超级电容器的制备方法，包括如下步骤：

第一，制备碳纳米管/纺织布

将碳纳米管分散到无水乙醇中，配成浓度为0.5~8 mg/mL的碳纳米管分散液，然后将一定大小的纺织布浸没在上述碳纳米管分散液中，超声0.5~10 h，超声功率范围50~150 W，取出纺织布，并用大量无水乙醇进行清洗，后室温干燥24 h，制备得导电的碳纳米管/纺织布；

第二，制备聚吡咯/碳纳米管/纺织布

首先配制浓度为0.01~0.1 M的LiClO₄溶液，通氮气3 min以上，然后在通氮气的条件下，加入单体吡咯，吡咯的浓度为0.05~0.4 M，并轻轻搅拌，使单体吡咯溶于LiClO₄溶液中；将碳纳米管/纺织布作为工作电极，铂丝为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，采用电化学沉积聚吡咯的方法，将聚吡咯电化学沉积到碳纳米管/纺织布上，样品用去离子水多次浸洗后室温干燥24 h，制备得聚吡咯/碳纳米管/纺织布；

第三，制备平面状柔性超级电容器

 将两片相同面积的聚吡咯/碳纳米管/纺织布作为超级电容器的正极和负极，中间涂一层H₃PO₄/PVA电解液，制备得平面状超级电容器。

进一步的，具体如下：

电化学方法指恒电位法，恒电流法或循环伏安法，当采用恒电位法时，电位施加范围为0.5~1.5 V，施加时间为50~1800 s；当采用恒电流法时，电流密度为0.6~10.0 mA/cm²，施加时间为60~1800 s；当采用循环伏安法时，电位扫描范围为0~1.1 V，电位扫描速率为10~500  mV/s，扫描周数为5~50周。

进一步的，具体如下：

称取一定量的聚乙烯醇（PVA），再加入到超纯水中，先室温搅拌3~6 h，然后在90~95℃下加热搅拌1.5~4 h，使之完全溶解，浓度为0.5~12 M，之后冷却至室温，并加入6 mL浓度为0.05~5.0M的磷酸(H₃PO₄)溶液，磷酸与聚乙烯醇的质量比为1/10~10/1，室温搅拌6 h以上。配制成聚乙烯醇和磷酸的混合溶液。

进一步的，所述纺织布包括棉织物、无纺布、聚酯纤维布的其中一种。

进一步的，还包括：第四、测试平面状柔性超级电容器的柔性性能步骤：