[发明专利]一种柔性织物电极及其制备方法与应用

说明书

本发明属于超级电容器技术领域，具体涉及一种柔性织物电极及其制备方法与应用。该方法首先对清洗干净的纤维织物用多巴胺进行界面修饰，在纤维织物上形成一层有聚多巴胺纳米颗粒组成的多孔界面层，然后利用多孔界面层优良的粘附性负载电化学活性材料，以此增强活性材料与纤维织物基底的粘附作用，最后通过高温碳化得到高负载量、高比表面积、高导电的柔性织物电极。该方法简单高效，提供了一种织物电极功能化通用的方法。通过简单的方法改变现有织物的表面，将市场上廉价的织物转化成为具有优良电化学性能的柔性可穿戴超级电容器，在柔性储能中具有广泛的应用。

技术领域

本发明属于超级电容器技术领域，具体涉及一种柔性织物电极及其制备方法与应用。

背景技术

可穿戴电子产品的发展使柔性储能设备的需求越来越大，其中柔性超级电容器由于具有充放电快等优点，已经逐渐成为研究热点。高性能柔性超级电容器的关键在于柔性电极材料。目前，纤维织物(棉、麻、化纤等)是柔性电极材料的常用材料之一，该材料具有内部多孔性，良好的可穿戴性，经热处理后导电性好。同时纤维织物纺织工艺成熟、可量产、低成本和市场易得等优点，因此已获得广泛关注。

单一的纤维织物由于比表面积小和电化学性能差，很难作为电极材料，因此通常需要在纤维织物上负载或涂布电化学活性材料来提升电化学性能。该技术目前存在如下问题：一是活性物质的负载量太低，或是当在高活性物质负载时难以保持电极材料的多孔性，这导致材料的比表面积较低，影响活性材料有效利用和电极性能的提升。二是活性物质与织物骨架之间结合力差，导致高的界面阻抗，进一步影响着纤维织物的电极性能。因此，一种同时得到高活性物质负载、保持材料的多孔性并增强活性物质与织物骨架之间粘附作用的方法尤为重要。

发明内容

针对目前存在的问题，本发明的首要目的在于提供一种柔性织物电极的制备方法。该方法采用聚多巴胺界面修饰技术来制备高导电、高比表面积和高负载柔性复合织物电极，首先将三维网络状纤维织物浸渍于盐酸-Tris缓冲液中，然后加入多巴胺单体，经聚合反应后得到纳米颗粒组成的聚多巴胺界面层，再利用聚多巴胺界面层的粘附作用吸附电化学活性材料，最后在惰性气体保护下，经高温处理得到柔性复合织物电极。该方法简单高效，普遍适用于市场上纤维织物材料。

本发明的另一目的在于提供一种由上述制备方法得到的柔性织物电极。

本发明的再一目的在于提供上述柔性织物电极的应用。

一种柔性织物电极的制备方法，包括如下步骤：将纤维织物清洗干净，浸渍于缓冲溶液中，向缓冲溶液中加入多巴胺单体，进行聚合反应，然后将纤维织物从溶液中取出，用水将纤维织物表面物理吸附不牢固的聚多巴胺颗粒冲掉，得到聚多巴胺界面修饰后的纤维织物，将聚多巴胺界面修饰后的纤维织物浸入电化学活性材料溶液中，利用聚多巴胺优良的粘附作用吸附电化学活性材料，取出干燥，最后在惰性气体的保护下进行高温碳化，即得到所述的柔性织物电极。

优选的，所述的纤维织物为棉、麻或化纤。

优选的，所述的将纤维织物清洗干净的方法为先将纤维织物浸渍在去离子水中进行超声清洗，然后在无水乙醇中超声清洗，最后在去离子水中超声清洗。

优选的，所述的缓冲溶液为三(羟甲基)氨基甲烷盐酸(盐酸-Tris)缓冲液，pH为7～9。

优选的，所述的向缓冲溶液中加入多巴胺单体后，缓冲溶液中的多巴胺浓度为0.5～5mg/ml。

优选的，所述的聚合反应的时间为12～48h，室温持续搅拌状态下氧化聚合。

优选的，所述的电化学活性材料溶液中的电化学活性材料为碳纳米管、石墨烯、活性炭或炭量子点。

优选的，所述的电化学活性材料溶液的浓度为0.5～2mg/ml。