[发明专利]芯鞘型柔性石墨烯纤维超级电容器、其制备方法及系统

权利要求书

1.一种芯鞘型柔性石墨烯纤维超级电容器的直接湿纺制备方法，其特征在于包括：将由纺丝液形成的第一液流、由凝胶电解质水溶液形成的第二液流、由纺丝液形成的第三液流以5～20ml/min、0.8～4ml/min、0.2～0.8ml/min的流速同时注入凝固浴，且使第一液流环绕第二液流分布，第二液流环绕第三液流分布，从而形成芯鞘型柔性石墨烯纤维超级电容器；其中，所述纺丝液包含均匀分散的氧化石墨烯及还原剂，所述纺丝液中氧化石墨烯的含量为2～20mg/ml，还原剂的浓度为2～200mg/ml，所述凝胶电解质水溶液包含高分子聚合物，所述高分子聚合物包括聚乙烯醇，羧甲基纤维素钠或黄原胶，所述凝胶电解质水溶液中高分子聚合物的浓度为2～20mg/ml；

所述凝固浴含有1～8wt％CaCl₂，其中的溶剂为乙醇/水溶液，所述乙醇/水溶液包含体积比为1:1～8:1的乙醇与水的均匀混合物；

所述芯鞘型柔性石墨烯纤维超级电容器包括石墨烯纤维芯层，环绕所述芯层设置的聚合物电解质中间层和环绕所述中间层设置的石墨烯纤维鞘层，所述聚合物电解质中间层的厚度为1～5μm，所述石墨烯纤维芯层的直径为20～80μm，所述石墨烯纤维鞘层的厚度为100～200μm。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于包括：将所述第一液流、第二液流和第三液流同时注入凝固浴后，浸泡10min以上，形成所述芯鞘型柔性石墨烯纤维超级电容器。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述还原剂包括维生素C。

4.由权利要求1-3中任一项所述方法制备的芯鞘型柔性石墨烯纤维超级电容器，其特征在于包括石墨烯纤维芯层，环绕所述芯层设置的聚合物电解质中间层和环绕所述中间层设置的石墨烯纤维鞘层。

5.应用于权利要求1-3中任一项所述方法的芯鞘型柔性石墨烯纤维超级电容器制备系统，其特征在于包括：

纺丝针头，其包括用以分别挤出第一液流、第二液流、第三液流的第一液流通道、第二液流通道和第三液流通道，所述第一液流通道环绕第二液流通道分布，第二液流通道环绕第三液流通道分布；

凝固浴，其用以同时接收所述纺丝针头挤出的第一液流、第二液流和第三液流。

6.根据权利要求5所述的制备系统，其特征在于：所述第一液流通道、第二液流通道和第三液流通道中的任意两者之间彼此分隔。

7.根据权利要求5所述的制备系统，其特征在于：所述第一液流通道、第二液流通道和第三液流通道同轴设置。

8.根据权利要求5或6所述的制备系统，其特征在于：所述纺丝针头包括同轴设置的第一针头、第二针头和第三针头，第三针头的内腔形成第三液流通道，第一液流通道、第二液流通道分别形成第一针头与第二针头之间、第二针头与第三针头之间。

9.根据权利要求6所述的制备系统，其特征在于：用于分隔第一液流通道与第二液流通道的壁以及用于分隔第二液流通道与第三液流通道的壁的厚度为0.05～0.3mm。

10.根据权利要求5或6所述的制备系统，其特征在于：所述第一液流通道、第二液流通道、第三液流通道的直径分别为1～3mm、0.6～1.2mm、0.2～0.5mm。

11.根据权利要求5所述的制备系统，其特征在于还包括：驱动装置，其至少用于驱使纺丝针头和凝固浴中的任一者相对于另一者绕一轴线旋转。