CN107221454A - 一种基于多孔碳纤维布的全固态柔性超级电容器及其制备方法 - Google Patents
一种基于多孔碳纤维布的全固态柔性超级电容器及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107221454A CN107221454A CN201710428188.3A CN201710428188A CN107221454A CN 107221454 A CN107221454 A CN 107221454A CN 201710428188 A CN201710428188 A CN 201710428188A CN 107221454 A CN107221454 A CN 107221454A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbon fiber
- porous carbon
- cloth
- fiber cloth
- solid
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000004744 fabric Substances 0.000 title claims abstract description 122
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 title claims abstract description 57
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 title claims abstract description 57
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 56
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 55
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 55
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 claims abstract description 12
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 19
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 18
- 238000001994 activation Methods 0.000 claims description 18
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 239000011245 gel electrolyte Substances 0.000 claims description 14
- 238000010792 warming Methods 0.000 claims description 14
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 11
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 7
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 7
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 5
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 4
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 claims description 4
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 4
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 238000007711 solidification Methods 0.000 claims description 3
- 230000008023 solidification Effects 0.000 claims description 3
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims description 2
- -1 polyethylene Polymers 0.000 claims description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims description 2
- 239000000428 dust Substances 0.000 claims 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- 239000002253 acid Substances 0.000 abstract description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 2
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 abstract description 2
- 238000004886 process control Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004064 recycling Methods 0.000 abstract description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 abstract 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 7
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 6
- 230000009102 absorption Effects 0.000 description 5
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 5
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 5
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 4
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 4
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 4
- 206010013786 Dry skin Diseases 0.000 description 3
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N Hydrazine Chemical compound NN OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 2
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000003517 fume Substances 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 208000002599 Smear Layer Diseases 0.000 description 1
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000007767 bonding agent Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 description 1
- 238000006056 electrooxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- ZODDGFAZWTZOSI-UHFFFAOYSA-N nitric acid;sulfuric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O.OS(O)(=O)=O ZODDGFAZWTZOSI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012286 potassium permanganate Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 230000037303 wrinkles Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/84—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/32—Carbon-based
- H01G11/34—Carbon-based characterised by carbonisation or activation of carbon
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/32—Carbon-based
- H01G11/40—Fibres
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/32—Carbon-based
- H01G11/44—Raw materials therefor, e.g. resins or coal
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于多孔碳纤维布的全固态柔性超级电容器及其制备方法,以废旧棉纤维织物为原料制备多孔碳纤维布,所得多孔碳纤维布具有高的比表面积、分级多孔结构以及较高的电导率,同时依然能保留棉纤维原有的中空管状结构以及织物原有的紧密编织特质,因而可作为超级电容器的柔性电极使用,无需添加任何导电剂和粘结剂,即可组装成全固态柔性超级电容器器件,该器件可在不同弯曲状态下正常工作,表现出优异的柔韧性。本发明不但实现了废弃物的有效再利用,而且有效地降低了碳布的生产成本,具有明显的经济效益。同时,多孔碳纤维布的制备过程中避免了大量强酸的使用,绿色安全,制备步骤简单、过程可控,制备周期短、有利于工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于超级电容器技术领域,具体涉及一种基于多孔碳纤维布的全固态柔性超级电容器及其制备方法。
背景技术
超级电容器,也称电化学电容器,是通过电极表面快速的离子吸/脱附过程或可逆的氧化还原反应来储存电能。超级电容器的电化学性能介于二次电池与电解电容器之间,其功率密度远大于二次电池,同时能量密度远高于电解电容器,并且具有充放电时间短、使用寿命长、使用温度范围宽以及安全稳定等特点,成为新能源领域的研究热点。近年来,为适应便携式、可穿戴电子设备的市场需求,作为能量供给单元之一的超级电容器也向着柔性化、小型化、轻量化方向发展。
碳布具有良好的柔韧性、高的电导率和力学性能,可作为柔性基底或电极用于构建柔性的超级电容器。然而,负载于碳布上的活性电极材料的电化学性能,极大程度上受限于碳布基底的物理化学性能。与这些高活性材料相比,碳布自身的比表面积较小,电化学活性低,从而大大限制了其电荷存储能力,比电容仅为1~2F/g。因此,在负载高活性电极材料之前,极有必要对碳布进行一定程度的改性处理。Li课题组(Adv.Mater.,2014,26:2676-2682)采用HNO3、H2SO4与KMnO4的混合液对碳布进行化学氧化剥离,再经过肼和氨的两步还原,获得了高活性的化学活化碳布,比电容为88mF/cm2(8.8mF/g)。Wang等(Adv.Mater.,2015,27:3572-3578)采用电化学氧化方法,将碳布浸在HNO3-H2SO4(1:1)的混合溶液中,并施加3V的电压,得到高比表面积的电化学活化碳布,面积比电容高达756mF/cm2,远大于未经任何处理的原始碳布。但是这些制备方法中,大量强酸的使用会对环境造成一定危害,不利于可持续发展,而且步骤繁琐、反应条件苛刻。此外,目前市场上所售商业碳布的生产成本很高,限制了它的进一步应用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术的缺点,提供一种利用低成本、高比电容的多孔碳纤维布组装成的全固态柔性超级电容器,以及该全固态柔性超级电容器的制备方法。
解决上述技术问题所采用的技术方案是:上述基于多孔碳纤维布的全固态柔性超级电容器由下述方法制备而成:
1、制备碳纤维布
将废旧棉纤维织物依次在丙酮、乙醇、去离子水中超声清洗,去除纤维表面的灰尘、杂质以及有机污染物后,干燥;将清洗并干燥后的棉纤维织物在氮气保护下升温至700~1000℃,恒温碳化60~120分钟,冷却至室温,得到碳纤维布。
2、制备KOH化学活化的多孔碳纤维布
将步骤1得到的碳纤维布完全浸入KOH水溶液中,其中碳纤维布与KOH的质量比为1:(1~4),待碳纤维布内部完全浸湿后,在100~120℃下蒸除水分,得到浸渍KOH的碳纤维布;将浸渍KOH的碳纤维布在氮气保护下升温至800~1000℃,恒温活化60~120分钟,冷却至室温,用去离子水清洗至溶液呈中性,干燥,得到KOH化学活化的多孔碳纤维布。
3、组装全固态柔性超级电容器
取两块完全相同的步骤2得到的多孔碳纤维布,在凝胶电解质中浸渍3~10分钟,随后取出自然固化10~30分钟,以上浸渍、固化过程重复3次以上;然后将两块多孔碳纤维布堆叠在一起,并在两者之间涂抹一层凝胶电解质充当隔膜,形成三明治结构,将其在50~70℃下干燥,除去多余的水分后,即组装成全固态柔性超级电容器。
上述步骤1中,优选将清洗并干燥后的棉纤维织物在氮气保护下升温至800℃,恒温碳化90分钟。
上述步骤1中,进一步优选升温速率为5~10℃/分钟。
上述步骤2中,优选碳纤维布与KOH的质量比为1:3,优选KOH水溶液中KOH的质量-体积浓度为0.1~0.5g/mL。
上述步骤2中,进一步优选将浸渍KOH的碳纤维布在氮气保护下升温至800℃,恒温活化90分钟,优选升温速率为1~10℃/分钟。
上述步骤3中,所述的凝胶电解质为KOH、聚乙烯醇和水的混合物,凝胶电解质中KOH的浓度为1mol/L、聚乙烯醇的质量-体积浓度为0.03~0.1g/mL。
本发明的有益效果如下:
1、本发明以废旧棉纤维织物为原料制备多孔碳纤维布,原料广泛易获取,不但实现了废弃物的有效再利用,而且有效地降低了碳布的生产成本,具有明显的经济效益。同时多孔碳纤维布的制备过程中避免了大量强酸的使用,绿色安全,制备步骤简单、过程可控,制备周期短、有利于工业化生产。
2、本发明制备方法制得的多孔碳纤维布具有高的比表面积、分级多孔结构以及较高的电导率,同时依然能保持棉纤维原有的中空管状结构以及织物原有的紧密编织特质,因而可作为超级电容器的柔性电极使用,也可作为集流体用于负载高活性的赝电容材料,进一步提高电化学性能。
3、采用本发明的多孔碳纤维布直接作为柔性电极,无需添加任何导电剂和粘结剂,即可组装成全固态柔性超级电容器器件,该器件可在不同弯曲状态下正常工作,表现出优异的柔韧性,因此可作为一种高性能的柔性储能器件应用于可穿戴电子领域。
附图说明
图1是实施例1制备的多孔碳纤维布的扫描电镜照片。
图2是实施例1制备的多孔碳纤维布的透射电镜照片。
图3是实施例1制备的碳纤维布与多孔碳纤维布的物理吸附曲线。
图4是商业碳布(CC)以及实施例1制备的碳纤维布(cTC)和多孔碳纤维布(aTC)的循环伏安曲线。
图5是实施例1组装的全固态柔性超级电容器的结构示意图。
图6是实施例1组装的全固态柔性超级电容器在不同弯曲状态下的循环伏安曲线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明,但本发明的保护范围不仅限于这些实施例。
实施例1
1、制备碳纤维布
将废旧棉纤维织物依次在丙酮、乙醇、去离子水中超声清洗,去除纤维表面的灰尘、杂质以及有机污染物,清洗完后在烘箱中105℃干燥10小时,然后将清洗并干燥后的棉纤维织物放入开启式管式炉中,在氮气气氛保护下,以5℃/分钟的升温速率升温至800℃,恒温碳化90分钟,随后自然冷却至室温,得到碳纤维布(cTC)。
2、制备KOH化学活化的多孔碳纤维布
将步骤1得到的碳纤维布与KOH按照质量比为1:3浸入50mL质量-体积浓度为0.3g/mL的KOH水溶液中,并且每隔10~30分钟将碳纤维布的上下面翻转一次,直至KOH水溶液完全渗透到碳纤维布内部,然后在120℃下干燥12小时以蒸除水分,得到浸渍KOH的碳纤维布。将浸渍KOH的碳纤维布放入开启式管式炉,在氮气气氛保护下,以5℃/分钟的升温速率升温至800℃,恒温活化90分钟,自然冷却至室温,用去离子水清洗至溶液呈中性,然后在烘箱中105℃干燥10小时,得到KOH化学活化的多孔碳纤维布(aTC)。
由图1可以看出,所制备的多孔碳纤维的平均直径为8μm,纤维表面具有较多的褶皱结构。由图2可见,纤维上分布着丰富的纳米孔道,孔径大小为1~2nm。经BET物理吸附测试(见图3),所得多孔碳纤维布的比表面积为1075m2/g,总孔体积为0.59cm3/g。采用四探针测试,所得多孔碳纤维布的电导率为1506S/m。根据图4可知,在6mol/L的KOH电解液中,所得多孔碳纤维布的面积比电容为1026mF/cm2,远大于商业碳布与未KOH化学活化的碳纤维布。
3、组装全固态柔性超级电容器
将数均分子量为89000~98000的聚乙烯醇加入去离子水中,在85℃条件下恒温搅拌至溶液变澄清,然后降温至75℃,在剧烈搅拌下逐滴加入KOH水溶液,滴加结束后,减小搅拌速度并降温至60℃使溶液保持澄清,得到凝胶电解质,所得凝胶电解质中KOH的浓度为1mol/L、聚乙烯醇的质量-体积浓度为0.05g/mL。
取两块完全相同的步骤2得到的多孔碳纤维布,在凝胶电解质中浸渍10分钟,随后取出并置于通风橱中自然固化30分钟。以上浸渍、固化过程重复3次,以保证凝胶电解质完全包覆在多孔碳纤维布上。然后将两块多孔碳纤维布堆叠在一起,并在两块多孔碳纤维布之间涂抹一层凝胶电解质充当隔膜,形成三明治结构,如图5所示。需要注意的是,两块多孔碳纤维布在堆叠时应各露出一小段,便于与其他负载电路或设备外接。在烘箱中60℃干燥12小时,以除去多余的水分,即组装成全固态柔性超级电容器。由图6可知,组装成的全固态柔性超级电容器可以在不同弯曲状态下正常工作,表明其具有良好的柔韧性,便于集成到可穿戴电子设备中。
实施例2
1、制备碳纤维布
该步骤中,在氮气气氛保护下,以10℃/分钟的升温速率升温至800℃,恒温碳化120分钟,其他步骤与实施例1的步骤1相同,得到碳纤维布。
2、制备KOH化学活化的多孔碳纤维布
该步骤中,将步骤1得到的碳纤维布与KOH按照质量比为1:2浸入30mL质量-体积浓度为0.2g/mL的KOH水溶液中,在氮气气氛保护下,以10℃/分钟的升温速率升温至1000℃,恒温活化60分钟,其他步骤与实施例1的步骤2相同,得到KOH化学活化的多孔碳纤维布。采用BET物理吸附测试,所得多孔碳纤维布的比表面积为1027m2/g,总孔体积为0.53cm3/g。采用四探针测试,所得多孔碳纤维布的电导率为1587S/m。在6mol/L的KOH电解液中,所得多孔碳纤维布的面积比电容为951mF/cm2。
3、组装全固态柔性超级电容器
该步骤与实施例1的步骤3相同。
实施例3
1、制备碳纤维布
该步骤与实施例1的步骤1相同。
2、制备KOH化学活化的多孔碳纤维布
该步骤中,将步骤1得到的碳纤维布与KOH按照质量比为1:1浸入20mL质量-体积浓度为0.1g/mL的KOH水溶液中,在氮气气氛保护下,以1℃/分钟的升温速率升温至800℃,恒温活化100分钟,其他步骤与实施例1的步骤2相同,得到KOH化学活化的多孔碳纤维布。采用BET物理吸附测试,所得多孔碳纤维布的比表面积为644m2/g,总孔体积为0.36cm3/g。采用四探针测试,所得多孔碳纤维布的电导率为1754S/m。在6mol/L的KOH电解液中,所得多孔碳纤维布的面积比电容为937mF/cm2。
3、组装全固态柔性超级电容器
该步骤中,取两块相同的步骤2得到的多孔碳纤维布,在凝胶电解质中浸渍3分钟,随后取出并置于通风橱中自然固化30分钟,其他步骤与实施例1的步骤3相同,即组装成全固态柔性超级电容器。
实施例4
1、制备碳纤维布
该步骤中,在氮气气氛保护下,以5℃/分钟的升温速率升温至800℃,恒温碳化120分钟,其他步骤与实施例1的步骤1相同,得到碳纤维布。
2、制备KOH化学活化的多孔碳纤维布
该步骤中,将步骤1得到的碳纤维布与KOH按照质量比为1:4浸入60mL质量-体积浓度为0.5g/mL的KOH水溶液中,在氮气气氛保护下,以5℃/分钟的升温速率升温至800℃,恒温活化120分钟,其他步骤与实施例1的步骤2相同,得到KOH化学活化的多孔碳纤维布。采用BET物理吸附测试时,所得多孔碳纤维布的比表面积为1208m2/g,总孔体积为0.68cm3/g。采用四探针测试,所得多孔碳纤维布的电导率为963S/m。在6mol/L的KOH电解液中,所得多孔碳纤维布的面积比电容为1031mF/cm2。
3、组装全固态柔性超级电容器
该步骤与实施例1的步骤3相同。
Claims (9)
1.一种基于多孔碳纤维布的全固态柔性超级电容器的制备方法,其特征在于它由下述步骤组成:
(1)制备碳纤维布
将废旧棉纤维织物依次在丙酮、乙醇、去离子水中超声清洗,去除纤维表面的灰尘、杂质以及有机污染物后,干燥;将清洗并干燥后的棉纤维织物在氮气保护下升温至700~1000℃,恒温碳化60~120分钟,冷却至室温,得到碳纤维布;
(2)制备KOH化学活化的多孔碳纤维布
将步骤(1)得到的碳纤维布完全浸入KOH水溶液中,其中碳纤维布与KOH的质量比为1:(1~4),待碳纤维布内部完全浸湿后,在100~120℃下蒸除水分,得到浸渍KOH的碳纤维布;将浸渍KOH的碳纤维布在氮气保护下升温至800~1000℃,恒温活化60~120分钟,冷却至室温,用去离子水清洗至溶液呈中性,干燥,得到KOH化学活化的多孔碳纤维布;
(3)组装全固态柔性超级电容器
取两块完全相同的步骤(2)得到的多孔碳纤维布,在凝胶电解质中浸渍3~10分钟,随后取出自然固化10~30分钟,以上浸渍、固化过程重复3次以上;然后将两块多孔碳纤维布堆叠在一起,并在两者之间涂抹一层凝胶电解质充当隔膜,形成三明治结构,将其在50~70℃下干燥,除去多余的水分后,即组装成全固态柔性超级电容器。
2.根据权利要求1所述的基于多孔碳纤维布的全固态柔性超级电容器的制备方法,其特征在于:在步骤(1)中,将清洗并干燥后的棉纤维织物在氮气保护下升温至800℃,恒温碳化90分钟。
3.根据权利要求1或2所述的基于多孔碳纤维布的全固态柔性超级电容器的制备方法,其特征在于:在步骤(1)中,升温速率为5~10℃/分钟。
4.根据权利要求1所述的基于多孔碳纤维布的全固态柔性超级电容器的制备方法,其特征在于:在步骤(2)中,所述碳纤维布与KOH的质量比为1:3。
5.根据权利要求1或4所述的基于多孔碳纤维布的全固态柔性超级电容器的制备方法,其特征在于:在步骤(2)中,所述KOH水溶液中KOH的质量-体积浓度为0.1~0.5g/mL。
6.根据权利要求1所述的基于多孔碳纤维布的全固态柔性超级电容器的制备方法,其特征在于:在步骤(2)中,将浸渍KOH的碳纤维布在氮气保护下升温至800℃,恒温活化90分钟。
7.根据权利要求1或6所述的基于多孔碳纤维布的全固态柔性超级电容器的制备方法,其特征在于:在步骤(2)中,升温速率为1~10℃/分钟。
8.根据权利要求1所述的基于多孔碳纤维布的全固态柔性超级电容器的制备方法,其特征在于:在步骤(3)中,所述的凝胶电解质为KOH、聚乙烯醇和水的混合物,凝胶电解质中KOH的浓度为1mol/L、聚乙烯醇的质量-体积浓度为0.03~0.1g/mL。
9.权利要求1所述方法制备得到的全固态柔性超级电容器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201710428188.3A CN107221454B (zh) | 2017-06-08 | 2017-06-08 | 一种基于多孔碳纤维布的全固态柔性超级电容器及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201710428188.3A CN107221454B (zh) | 2017-06-08 | 2017-06-08 | 一种基于多孔碳纤维布的全固态柔性超级电容器及其制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN107221454A true CN107221454A (zh) | 2017-09-29 |
CN107221454B CN107221454B (zh) | 2019-05-14 |
Family
ID=59948472
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201710428188.3A Active CN107221454B (zh) | 2017-06-08 | 2017-06-08 | 一种基于多孔碳纤维布的全固态柔性超级电容器及其制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN107221454B (zh) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107768150A (zh) * | 2017-10-26 | 2018-03-06 | 吉林大学 | 一种以碳布为基底的铜离子掺杂聚苯胺电极及其制备方法 |
CN108232369A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-06-29 | 华南理工大学 | 一种生物质衍生的集成式柔性电极及其制备方法 |
CN108409346A (zh) * | 2018-03-04 | 2018-08-17 | 李嘉顺 | 一种绿色环保建筑轻质隔墙板及其制备方法 |
CN109686595A (zh) * | 2019-01-18 | 2019-04-26 | 三峡大学 | 一种导电碳布的活化方法及其超级电容器应用 |
CN111058126A (zh) * | 2019-11-21 | 2020-04-24 | 宁波工程学院 | 一种多孔中空碳纳米纤维的制备方法及包含其的超级电容器 |
CN112158823A (zh) * | 2020-09-11 | 2021-01-01 | 中国电子科技集团公司第十八研究所 | 一种应用废弃口罩制备多孔碳凝胶材料中的方法 |
CN112582187A (zh) * | 2020-11-24 | 2021-03-30 | 华南理工大学 | 一种柔性电极及其制备方法与在制备柔性全固态超级电容器中的应用 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101562076A (zh) * | 2008-04-16 | 2009-10-21 | 华昌星泰(北京)新材料有限公司 | 一种超级电容器专用活性炭纤维布制备方法 |
CN103219164A (zh) * | 2013-04-19 | 2013-07-24 | 中国科学院物理研究所 | 超薄、自支撑、柔性、全固态超级电容器及其制备方法 |
CN104071770A (zh) * | 2014-07-06 | 2014-10-01 | 太原理工大学 | 一种利用废旧棉纺织品制备多孔功能碳纤维簇的方法 |
US20150121671A1 (en) * | 2011-10-04 | 2015-05-07 | Feng Chia University | Super capacitor structure and the manufacture thereof |
CN106082169A (zh) * | 2016-06-15 | 2016-11-09 | 太原理工大学 | 基于废旧纤维素纤维的碳材料制备方法 |
CN106564899A (zh) * | 2016-11-08 | 2017-04-19 | 西安工程大学 | 利用废旧棉纺织品制备二氧化钛/活性炭电极材料的方法 |
-
2017
- 2017-06-08 CN CN201710428188.3A patent/CN107221454B/zh active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101562076A (zh) * | 2008-04-16 | 2009-10-21 | 华昌星泰(北京)新材料有限公司 | 一种超级电容器专用活性炭纤维布制备方法 |
US20150121671A1 (en) * | 2011-10-04 | 2015-05-07 | Feng Chia University | Super capacitor structure and the manufacture thereof |
CN103219164A (zh) * | 2013-04-19 | 2013-07-24 | 中国科学院物理研究所 | 超薄、自支撑、柔性、全固态超级电容器及其制备方法 |
CN104071770A (zh) * | 2014-07-06 | 2014-10-01 | 太原理工大学 | 一种利用废旧棉纺织品制备多孔功能碳纤维簇的方法 |
CN106082169A (zh) * | 2016-06-15 | 2016-11-09 | 太原理工大学 | 基于废旧纤维素纤维的碳材料制备方法 |
CN106564899A (zh) * | 2016-11-08 | 2017-04-19 | 西安工程大学 | 利用废旧棉纺织品制备二氧化钛/活性炭电极材料的方法 |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107768150A (zh) * | 2017-10-26 | 2018-03-06 | 吉林大学 | 一种以碳布为基底的铜离子掺杂聚苯胺电极及其制备方法 |
CN107768150B (zh) * | 2017-10-26 | 2019-10-11 | 吉林大学 | 一种以碳布为基底的铜离子掺杂聚苯胺电极及其制备方法 |
CN108232369A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-06-29 | 华南理工大学 | 一种生物质衍生的集成式柔性电极及其制备方法 |
CN108409346A (zh) * | 2018-03-04 | 2018-08-17 | 李嘉顺 | 一种绿色环保建筑轻质隔墙板及其制备方法 |
CN109686595A (zh) * | 2019-01-18 | 2019-04-26 | 三峡大学 | 一种导电碳布的活化方法及其超级电容器应用 |
CN109686595B (zh) * | 2019-01-18 | 2020-11-10 | 三峡大学 | 一种导电碳布的活化方法及其超级电容器应用 |
CN111058126A (zh) * | 2019-11-21 | 2020-04-24 | 宁波工程学院 | 一种多孔中空碳纳米纤维的制备方法及包含其的超级电容器 |
CN112158823A (zh) * | 2020-09-11 | 2021-01-01 | 中国电子科技集团公司第十八研究所 | 一种应用废弃口罩制备多孔碳凝胶材料中的方法 |
CN112582187A (zh) * | 2020-11-24 | 2021-03-30 | 华南理工大学 | 一种柔性电极及其制备方法与在制备柔性全固态超级电容器中的应用 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN107221454B (zh) | 2019-05-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107221454B (zh) | 一种基于多孔碳纤维布的全固态柔性超级电容器及其制备方法 | |
Liang et al. | Highly compressible carbon sponge supercapacitor electrode with enhanced performance by growing nickel–cobalt sulfide nanosheets | |
JP7390030B2 (ja) | レドックスおよびイオン吸着電極ならびにエネルギー貯蔵デバイス | |
Huang et al. | Composite nanofiber membranes of bacterial cellulose/halloysite nanotubes as lithium ion battery separators | |
Liu et al. | Flexible and conductive nanocomposite electrode based on graphene sheets and cotton cloth for supercapacitor | |
CN111517306B (zh) | 一种类石墨烯/生物质碳纤维气凝胶及其制备方法和应用 | |
CN108922790B (zh) | 一种复合材料的制备方法和应用 | |
KR102545753B1 (ko) | 고밀도 플렉시블 자기-지지 필름 전극 및 이의 제조방법 | |
CN107601501A (zh) | 一种生物质基多孔碳的制备方法及其应用 | |
CN110265226B (zh) | 一种硫化镍/碳化三聚氰胺泡沫复合电极材料及其制备方法 | |
CN110379646B (zh) | 一种基于二硒化钼/木炭的非对称超级电容器的制备方法 | |
CN105118688A (zh) | 一种细菌纤维素/活性碳纤维/石墨烯膜材料的制备方法及其应用 | |
CN102130326B (zh) | 一种高容量官能团化炭素层状电极及制备方法 | |
CN104715936B (zh) | 一种用于超级电容器的分级多孔碳电极材料及制备方法 | |
Gao et al. | A coaxial yarn electrode based on hierarchical MoS 2 nanosheets/carbon fiber tows for flexible solid-state supercapacitors | |
CN109727781A (zh) | 一种自支撑柔性超级电容器电极材料及制备方法 | |
CN105977491A (zh) | 一种氮掺杂分级多孔炭电极材料及其应用 | |
CN106207086A (zh) | 高容量固态锂离子电池负极材料和电池负极及其制备方法 | |
Feng et al. | Sponge integrated highly compressible all-solid-state supercapacitor with superior performance | |
CN105810456A (zh) | 一种活化石墨烯/针状氢氧化镍纳米复合材料及其制备方法 | |
Lv et al. | Graphene/MnO 2 aerogel with both high compression-tolerance ability and high capacitance, for compressible all-solid-state supercapacitors | |
CN106298260B (zh) | 一种氟化碳材料超级电容器极片的制备方法 | |
Kumar et al. | In-situ N/O-heteroatom enriched micro-/mesoporous activated carbon derived from natural waste honeycomb and paper wasp hive and its application in quasi-solid-state supercapacitor | |
KR101418864B1 (ko) | 실크 단백질을 이용하여 만든 탄소나노플레이트 및 그 제조방법 | |
CN110277247A (zh) | 一种基于模板法制备的碳纳米材料及其在全碳基锂离子电容器中的应用 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |