CN103745832B - 一种木质柔性超级电容器及其木质柔性多孔电极的制备方法 - Google Patents
一种木质柔性超级电容器及其木质柔性多孔电极的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种木质柔性超级电容器：该电容器包括木质柔性多孔，电极之间用聚乙烯醇‑磷酸凝胶电解质隔开。将木材沿着垂直于轴向方向进行切片，得到具有横切面的木材薄片；将木材薄片浸润在导电高分子的单体液体中，然后拿出沥干木材薄片表面的液体；在氧化剂的存在下，将上述木材薄片放入无机酸的水溶液中，进行氧化聚合反应；最后将反应结束的木材薄片拿出，用去离子水洗涤干净，自然晾干，即得到木质柔性多孔电极。本发明直接以天然木材为基体材料制备电极，并组装成超级电容器。该木质柔性多孔电极制备工艺简单、成本低，组装的超级电容器，具有良好的柔性和循环稳定性。
Description
技术领域
本发明属于电化学和新能源材料领域，特别是涉及了一种木质柔性超级电容器及其木质柔性多孔电极的制备方法。
背景技术
随着社会的发展和信息时代的全面到来，各种基于新能源材料的设备和器件逐渐走入大众的生活。超级电容器因其具有充放电速度快、环境友好、超长的循环寿命等特点，成为国际新能源领域重要研究方向。最近，发展超薄、柔性、轻质、制备成本低廉和环境友好型的超级电容器成为研究热点。柔性储能器件能够为柔性显示设备、可穿戴式电子设备、无线射频识别（RFID）标签等存储和供应能量。
制备超薄、柔性、轻质储能设备的一种途径是，在本身具有超薄、柔性、轻质的基材上添加导电成分，形成复合电极材料。木材是大自然储量丰富的天然资源，它具有可生物降解性、轻质、可循环利用以及优良的分级多孔结构和成熟的工业化加工工艺。将木材进行切片处理得到的木材薄片，其本身就具有天然的超薄、柔性、轻质和多孔等优点，这些优点使其可以作为制备成本低廉、易于回收处理的电子器件的基材材料，而且具有良好的环境友好性。
在这一过程中，寻找一种与木材相容性良好，能紧密附着在木材表面的导电材料显得尤为重要。导电高分子，如聚吡咯或聚苯胺，是一种非常有潜力的材料，这是因为，它具有内在的快速氧化还原能力、高的导电性、轻质、并可以与木材基体中的纤维素形成化学键合作用而产生强的附着力。此外，导电高分子的制备工艺简单，而且比大多数金属基电极材料具有环境友好性和低成本特性。
目前尚无以木材横切面薄片为基材，将导电高分子聚合其上制备木质柔性多孔电极及其超级电容器的文献报道以及专利。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种木质柔性超级电容器。该超级电容器具有良好的柔性和循环稳定性。
本发明采用的技术方案是提供一种木质柔性超级电容器，该电容器包括木质柔性多孔电极，所述电极之间用聚乙烯醇-磷酸凝胶电解质隔开。
优选地，所述木质柔性多孔电极由如下步骤制备：
1)将木材沿着垂直于轴向方向进行切片，得到具有横切面的木材薄片，薄片厚度为：1～300μm；
2)将步骤1）得到的木材薄片浸润在导电高分子的单体液体中1～15分钟，然后拿出，沥干木材薄片表面的液体；
3)在氧化剂的存在下，将步骤2）得到的沥干液体的木材薄片放入无机酸的水溶液中，浸入时间为5～240分钟，水溶液温度为0～25℃；
4)将在步骤3)水溶液中浸入完毕的木材薄片拿出，用去离子水洗涤干净，自然晾干，即得到木质柔性多孔电极。
优选地，步骤1)所述的轴向方向为木材的纵向生长方向。
优选地，步骤1)所述的所述的导电高分子单体为吡咯或苯胺，导电高分子为聚吡咯或聚苯胺，。
优选地，步骤3)所述的氧化剂为三氯化铁、过硫酸铵或过硫酸钾。
优选地，步骤3)所述的无机酸为盐酸、硫酸或高氯酸；所述的无机酸水溶液的浓度为0.1～2.0mol/L。
木材有三个切面，分别为横切面、径切面和弦切面。在厚度范围为1-300μm的木材切片中，仅有横切面薄片，才具有连成排的蜂窝状多孔结构，而且这种多孔结构使得木材横切面薄片具有较高的比表面积，将导电高分子聚合在木材横切面薄片的蜂窝状多孔结构的表面和孔隙中，可以增加活性物质的比表面积，从而使活性物质与电解质的接触面积增大，电化学性能提高。因此，本发明选择以木材横切面薄片为基体材料。利用市售的普通轮转式切片机对木材的横切面进行切片处理，即可得到不同厚度的木材横切面薄片。
此外，木材在新陈代谢过程中吸收水分和各种离子，并且通过木材细胞和管胞等组织来运输，因此，木材横切面薄片的多孔孔洞可以作为电解液的存储仓库。同时，木材横切面薄片连成排的蜂窝状多孔结构也具有良好的能量吸收/释放性能，可以将导电高分子氧化还原反应中反复的掺杂/去掺杂过程中产生的应力吸收并释放掉，从而使得以木质柔性多孔电极组装的超级电容器具有良好的循环稳定性。
由此可见，以木材横切面薄片为基体材料，聚合上导电高分子制备得到木质柔性多孔电极并组装成的超级电容器，具有良好的柔性。木材横切面薄片的多孔孔洞不但增加了活性物质的比表面积，而且可以作为电解液的存储仓库，同时其蜂窝状多孔结构也具有能量吸收/释放性能，可以将导电高分子反复的掺杂/去掺杂过程中产生的应力吸收并释放掉，保证超级电容器具有良好的循环稳定性。另外，该制备方法工艺简单，成本低廉，且具有环境友好性。
因此，本发明直接以天然木材为基体材料，充分利用木材横切面薄片的柔性和多孔性，将导电高分子聚合在木材薄片的表面和孔隙中得到木质柔性多孔电极，并组装成超级电容器。
本发明的有益效果是：本发明制备的用于超级电容器电极的木质柔性多孔电极，无需对木材基体进行任何化学处理，仅需要进行简单的物理切片得到木材横切面薄片，然后直接与导电高分子单体进行氧化聚合反应即可得到轻质、柔性、多孔的木质电极，用其组装的超级电容器具有良好的柔性。木材横切面薄片的多孔孔洞不但增加了活性物质的比表面积，而且可以作为电解液的存储仓库，同时其蜂窝状多孔结构也具有能量吸收/释放性能，可以将导电高分子反复的掺杂/去掺杂过程中产生的应力吸收并释放掉，保证超级电容器具有良好的循环稳定性。另外，该制备方法工艺简单，成本低廉，且具有环境友好性。
附图说明
图1a是实施例1中的木材横切面的扫描电镜图；
图1b是实施例2中的木材弦切面的扫描电镜图；
图1c是实施例1中木材横切面在导电高分子聚合之前的扫描电镜图；
图1d是实施例1中木材横切面在导电高分子聚合之后得到的木质柔性多孔电极的扫描电镜图；
图2中a曲线是实施例1中的木材横切面组装的木质超级电容器在扫描速率为100mV/s时的循环伏安曲线；b曲线是实施例2中的木材弦切面组装的木质超级电容器在扫描速率为100mV/s时的循环伏安曲线；
图3是实施例3中的木材横切面组装的木质超级电容器在扫描速率为1mV/s时的循环伏安曲线；
图4是实施例4中的木材横切面组装的木质超级电容器在扫描速率为1mV/s时的循环伏安曲线。
具体实施方式
结合附图及实施例对本发明进一步加以说明。
实施例1：
（1）将木材沿着垂直于轴向方向进行切片，得到具有横切面的木材薄片，薄片厚度为：50μm；
（2）将木材薄片浸润在吡咯单体液体中2分钟，然后拿出，沥干木材薄片表面的液体；
（3）在三氯化铁的存在下，将上述木材薄片放入0.2mol/L盐酸的水溶液中，氧化聚合反应30分钟，聚合反应温度为15℃；
（4）将反应结束的木材薄片拿出，用去离子水洗涤干净，自然晾干，即得到木质柔性多孔电极。
（5）取两片木质柔性多孔电极，中间用聚乙烯醇-磷酸凝胶电解质隔开，组装成木质柔性超级电容器。
所得的木材的横切面的扫描电镜如图1a所示，可见，木材横切面具有蜂窝状的多孔结构。图1c为木材横切面进一步放大之后的扫描电镜图，可见，木材横切面在导电高分子聚合之前，呈现平滑光洁的表面。图1d为木质柔性多孔电极的扫描电镜，可见，而经过导电高分子聚合之后，导电高分子附着在木材表面，使得木材横切面上变得不再平滑，而呈现颗粒状。图2中a曲线为该木质柔性超级电容器在扫描速率为100mV/s时的循环伏安曲线，表现出良好的充放电特性。该木质柔性超级电容器电极在正常笔直状态下在扫描速率为100mV/s时的比容量为115.2F/g，在弯曲的状态下的比容量为114.4F/g，可见，弯曲对该木质柔性超级电容器电极的比容量几乎没有影响。经过5000次循环后，容量保持率为97.3%。
实施例2：
（1）将木材沿着平行于轴向方向进行切片，得到具有弦切面的木材薄片，薄片厚度为：50μm；
（2）将木材薄片浸润在吡咯单体液体中2分钟，然后拿出，沥干木材薄片表面的液体；
（3）在三氯化铁的存在下，将上述木材薄片放入0.2mol/L盐酸的水溶液中，氧化聚合反应30分钟，聚合反应温度为15℃；
（4）将反应结束的木材薄片拿出，用去离子水洗涤干净，自然晾干，即得到木质柔性多孔电极。
（5）取两片木质柔性多孔电极，中间用聚乙烯醇-磷酸凝胶电解质隔开，组装成木质柔性超级电容器。
所得的木材的弦切面的扫描电镜如图1b所示，与图1a木材的横切面相比，木材弦切面没有蜂窝状的多孔结构，而是呈现平面结构，这种平面结构没有蜂窝状多孔结构的诸多优点，因此不适合于做电极材料的基体材料。图2中b曲线为以木材弦切面电极制备得到的超级电容器在扫描速率为100mV/s时的循环伏安曲线，与实施例1中的图2中的a曲线相比，该电容器的充放电性能较差。该木质柔性超级电容器电极在扫描速率为100mV/s时的比容量为61.7F/g。
实施例3：
（1）将木材沿着垂直于轴向方向进行切片，得到具有横切面的木材薄片，薄片厚度为：80μm；
（2）将木材薄片浸润在吡咯单体液体中5分钟，然后拿出，沥干木材薄片表面的液体；
（3）在过硫酸铵的存在下，将上述木材薄片放入0.4mol/L盐酸的水溶液中，氧化聚合反应60分钟，聚合反应温度为10℃；
（4）将反应结束的木材薄片拿出，用去离子水洗涤干净，自然晾干，即得到木质柔性多孔电极。
（5）取两片木质柔性多孔电极，中间用聚乙烯醇-磷酸凝胶电解质隔开，组装成木质柔性超级电容器。
图3为该木质柔性超级电容器在扫描速率为1mV/s时的循环伏安曲线，表现出良好的充放电特性。在扫描速率为1mV/s时，该木质柔性超级电容器电极在正常笔直状态下的比容量为351.6F/g，在弯曲的状态下的比容量为349.7F/g，可见，弯曲对该木质柔性超级电容器电极的比容量几乎没有影响。经过5000次循环后，容量保持率为97.1%。
实施例4：
（1）将木材沿着垂直于轴向方向进行切片，得到具有横切面的木材薄片，薄片厚度为：100μm；
（2）将木材薄片浸润在苯胺单体液体中8分钟，然后拿出，沥干木材薄片表面的液体；
（3）在过硫酸钾的存在下，将上述木材薄片放入0.3mol/L硫酸的水溶液中，氧化聚合反应90分钟，聚合反应温度为10℃；
（4）将反应结束的木材薄片拿出，用去离子水洗涤干净，自然晾干，即得到木质柔性多孔电极。
（5）取两片木质柔性多孔电极，中间用聚乙烯醇-磷酸凝胶电解质隔开，组装成木质柔性超级电容器。
图4为该木质柔性超级电容器在扫描速率为1mV/s时的循环伏安曲线，表现出良好的充放电特性。在扫描速率为1mV/s时，该木质柔性超级电容器电极在正常笔直状态下的比容量为355.6F/g，在弯曲的状态下的比容量为353.2F/g，可见，弯曲对该木质柔性超级电容器电极的比容量几乎没有影响。经过5000次循环后，容量保持率为97.8%。
Claims (5)
1.一种木质柔性超级电容器，其特征在于：包括木质柔性多孔电极，所述电极之间用聚乙烯醇-磷酸凝胶电解质隔开；
所述木质柔性多孔电极由如下步骤制备：
1)将木材沿着垂直于轴向方向进行切片，得到具有横切面的木材薄片，薄片厚度为：1～300μm；
2)将步骤1)得到的木材薄片浸润在导电高分子的单体液体中1～15分钟，然后拿出，沥干木材薄片表面的液体；
3)在氧化剂的存在下，将步骤2)得到的沥干液体的木材薄片放入无机酸的水溶液中，浸入时间为5～240分钟，水溶液温度为0～25℃；
4)将在步骤3)水溶液中浸入完毕的木材薄片拿出，用去离子水洗涤干净，自然晾干，即得到木质柔性多孔电极。
2.根据权利要求1所述的木质柔性超级电容器，其特征在于：步骤1)所述的轴向方向为木材的纵向生长方向。
3.根据权利要求1所述的木质柔性超级电容器，其特征在于：步骤2)所述的导电高分子的单体为吡咯或苯胺，所述的导电高分子为聚吡咯或聚苯胺。
4.根据权利要求1所述的木质柔性超级电容器，其特征在于：步骤3)所述的氧化剂为三氯化铁、过硫酸铵或过硫酸钾。
5.根据权利要求1所述的木质柔性超级电容器，其特征在于：步骤3)所述的无机酸为盐酸、硫酸或高氯酸；所述的无机酸的水溶液的浓度为0.1～2.0mol/L。
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW201248651A (en) * | 2011-04-20 | 2012-12-01 | Mitsubishi Rayon Co | Conductive composition, conductive body and solid electrolytic capacitor using the same |
| CN102869702A (zh) * | 2010-03-24 | 2013-01-09 | 三菱丽阳株式会社 | 导电性高分子、导电性高分子的质量管理方法以及导电性高分子的提纯方法 |
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102869702A (zh) * | 2010-03-24 | 2013-01-09 | 三菱丽阳株式会社 | 导电性高分子、导电性高分子的质量管理方法以及导电性高分子的提纯方法 |
| TW201248651A (en) * | 2011-04-20 | 2012-12-01 | Mitsubishi Rayon Co | Conductive composition, conductive body and solid electrolytic capacitor using the same |
| CN103280337A (zh) * | 2013-05-27 | 2013-09-04 | 武汉纺织大学 | 一种纤维状超级电容器及其制备方法 |
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