[发明专利]一种柔性线状超级电容器及其制备方法

说明书

一种柔性线状超级电容器，是以核壳结构的棉线/石墨烯‑银/银复合材料直接作为正负电极，以聚乙烯醇/氢氧化钾凝胶作为凝胶电解质，以聚对苯二甲酸乙二醇为上下保护膜，所述棉线/石墨烯‑银/银复合材料是以，棉线为内核、石墨烯和银纳米颗粒形成的复合成分作为壳层，在壳层表面形成一层银纳米颗粒连续形成的薄膜。本发明制备的柔性线状超级电容器在0.2 mA cm⁻¹电流密度下长度比电容和体积比电容分别为2.37 mF cm⁻¹和1.16 F cm⁻³，拥有极好的倍率性质和循环稳定性，最大能量密度为108.9μWh cm⁻³，制备过程和方法十分简单，同样便于批量开发和应用。

技术领域

本发明涉及电化学技术领域，具体涉及一种柔性线状超级电容器及其制备方法。

背景技术

作为能量储存器件，柔性超级电容器因其具有功率密度高、充放电速度快、循环寿命长以及适用温度范围宽等优点，被认为是非常适合作为便携式和可穿戴电子设备能源器件。近年来，线状超级电容器由于体积更小、质量更轻、柔性更好，从而能够比平面柔性超级电容器更加容易地集成到便携式和可穿戴电子设备中。人们又先后采用不同的方法合成基于石墨烯、碳纳米管和导电聚合物的纤维以构筑柔性线状超级电容器。尽管如此，这些线状超级电容器的制备过程往往较为繁琐且需要精密设备辅助，不光耗时耗能，其成本、导电性和机械强度往往也不尽人意，因此既不经济也难于广泛拓展和应用。

然而线状超级电容器的倍率性能与平面柔性超级电容器相比较还有很大的差距，这直接关系到线状超级电容器在快速充电时的能量密度的高低。

发明内容

本发明目的在于提供一种柔性线状超级电容器，具有优异的比电容和高能量密度。

本发明另一目的是提供上述柔性线状超级电容器的制备方法。

本发明目的通过如下技术方案实现：

一种柔性线状超级电容器，其特征在于：以核壳结构的棉线/石墨烯-银/银复合材料直接作为正负电极，以聚乙烯醇/氢氧化钾凝胶作为凝胶电解质，以聚对苯二甲酸乙二醇为上下保护膜，所述棉线/石墨烯-银/银复合材料是以棉线为内核、石墨烯和银纳米颗粒形成的复合成分作为壳层，在壳层表面形成一层银纳米颗粒连续形成的薄膜。

进一步，所述正负电极为对称的水平平行结构，正负平行电极之间的间距不超过0.5mm。

在研究过程中发现，当两个平行线状电极之间的平行间距超过0.5 mm时，不利于电解质离子的传输与扩散，会大大消弱所制备的超级电容器的储能性能。

上述柔性线状超级电容器的制备方法，其特征在于：采用棉线/石墨烯-银/银复合材料作为正负电极，平行放置在聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜表面，正负平行电极之间的间距为0.5mm，在正负极表面滴加聚乙烯醇/氢氧化钾凝胶电解质，在其表面盖上一层聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜，在室温环境下固化，所述棉线/石墨烯-银/银复合材料是在棉线表面涂覆石墨烯分散液并进行干燥处理，然后在浓度为100mM的银氨溶液中浸泡30~40min，最后悬空在碘化氢的乙醇水溶液上空，密封后加热保温制得。

进一步，上述碘化氢的乙醇水溶液中，碘化氢和乙醇的摩尔比为1:0.2~0.5，碘化氢的质量浓度为75~80%。

进一步，上述加热保温是先在70~80℃下保温30~40min，然后将温度降至50~65℃保温5~6h，优选55~60℃。