[发明专利]一种废塑料基杂化碳纳米纤维及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及电化学材料技术领域，具体公开一种废塑料基杂化碳纳米纤维及其制备方法和应用，所述废塑料基杂化碳纳米纤维以热塑性塑料为成纤基底，加入分散染料和氨基化碳纳米管，通过静电纺丝法制备得到；所述热塑性塑料、分散染料和氨基化碳纳米管的质量比为25‑28:10‑12:5‑8。本发明得到的废塑料基杂化碳纳米纤维作为电容器电极可实现自支撑可自实现自支撑结构并直接作为电极使用，避免粘合剂等其它材料的加入，同时可大大提高其充放电效率和电容性能，制备方法具有简易、高效、普适性强、低成本且环境友好的特点。

技术领域

本发明涉及电化学材料技术领域，尤其涉及一种废塑料基杂化碳纳米纤维及其制备方法和应用。

背景技术

由于油、汽、煤等传统能源有限和环境污染日益严重，发展清洁新能源及其绿色材料迫在眉睫。从资源和环境的角度来看，超级电容器同时具有稳定性好、环境适应性强、循环使用寿命长等优点，有望成为新世纪的绿色储能装置。

近年来，随着科技的不断发展，电子器件逐渐微型化、轻量化和柔性化，如：柔性驱动器、分布式传感器、柔性显示屏及可穿戴多媒体器件等，相应的需要发展柔性、质轻、便携的高性能能源存储装置，以顺应可穿戴电子设备在轻薄、耐冲击、高储能以及便携性等方面的要求。但当下电容器电极体积大、重量重、形状固定、柔性差、储能低、制作过程复杂且制作成本较高，制约了其后续发展。因此，开发低成本且环保的柔性电极材料和高能量密度超级电容器制备技术，成为储能领域的主要方向。

发明内容

针对现有电容器电极的制作原料成本高、体积大、重量大、储能低、形状固定且制作过程复杂的问题，本发明提供一种废塑料基杂化碳纳米纤维及其制备方法和应用。

为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：

一种废塑料基杂化碳纳米纤维，以热塑性塑料为成纤基底，加入分散染料和氨基化碳纳米管，通过静电纺丝法制备得到。

相对于现有技术，本发明提供的废塑料基杂化碳纳米纤维，以热塑性塑料为成纤基底，能有效利用塑料中有机-无机复合物的不同物理化学特征，进一步调控其杂化结构以优化其纳米纤维的电导性能和电容性能；在制备过程中加入分散染料，可作为高度分散塑料中有机-无机复合物和氨基化碳纳米管的“桥梁”，实现高浓度有色纤维的制备；氨基化碳纳米管既可作为成型聚酯纳米纤维的增强剂，其分子中还含有N元素，可作为优异导电剂，进一步提高电极比表面积和电导率，且氨基化碳纳米管与分散染料结合，可通过静电纺丝法制备得到杂元素均匀掺杂的纳米纤维；塑料、分散染料和氨基化碳纳米管三者的结合，最终得到的废塑料基杂化碳纳米纤维的具有优异的导电性能和柔性特质，其作为电容器电极具有杂元素赝电容性能，实现自支撑型杂化碳纳米纤维电极的高效制备，并可直接作为电极使用，在封装成电容器时不需要集流体和支撑材料，更不需要粘合剂等的加入，其具有体积小、储能密度大、放电功率高等特点，可大大提高电极的充放电效率和电容性能，具有广泛的应用前景。

塑料制品在生活中用量较大，在为现代发展做出贡献的同时，也给环境造成了不可忽视的污染，废旧塑料回收过程中需要对废旧塑料瓶进行挑拣、切片，分离、洗涤、造粒或改性、成型，分工精细，每个环节成本的叠加使得废塑料再生利用的最终成本大幅增加，本发明使用的塑料只需对回收塑料制品洗净烘干即可，大大提高了废塑料再生产品附加值，拓展新应用，减轻环境污染压力。

优选的，所述热塑性塑料、分散染料和氨基化碳纳米管的质量比为25-28:10-12:5-8。

优选的，所述分散染料为分散桃红R3L。

分散桃红R3L在纺丝溶液中，利用其高浓度上染塑料中聚酯纤维的特性将其与成纤基底高度分散，同时分散桃红R3L中分子中的羰基与氨基化碳纳米管上的氨基以大量氢键结合，实现三者的高度分散，提高其纺丝液的配置均匀性，且分散桃红R3L含有N、O、S元素，其分散均匀于纺丝液中，在高温碳化过程中可以制备具有优良性能的杂元素均匀掺杂的纳米纤维电极。