CN108063058A - 一种具有磁响应性的纤维状超级电容器及制备方法 - Google Patents
一种具有磁响应性的纤维状超级电容器及制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108063058A CN108063058A CN201711221866.5A CN201711221866A CN108063058A CN 108063058 A CN108063058 A CN 108063058A CN 201711221866 A CN201711221866 A CN 201711221866A CN 108063058 A CN108063058 A CN 108063058A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- magnetic
- ultracapacitor
- fibrous
- electrode
- responsiveness
- 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
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 title claims abstract description 44
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 78
- 230000004044 response Effects 0.000 claims abstract description 38
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 32
- 239000011245 gel electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 28
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims abstract description 22
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 claims abstract description 22
- 238000005316 response function Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000002238 carbon nanotube film Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000002122 magnetic nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 239000002048 multi walled nanotube Substances 0.000 claims description 13
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 claims description 10
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 10
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 9
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 7
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 7
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 6
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 claims description 6
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims description 6
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 claims description 5
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 5
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 claims description 5
- WSSMOXHYUFMBLS-UHFFFAOYSA-L iron dichloride tetrahydrate Chemical compound O.O.O.O.[Cl-].[Cl-].[Fe+2] WSSMOXHYUFMBLS-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 5
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 claims description 5
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 5
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 5
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 4
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 2
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 claims description 2
- 229940044631 ferric chloride hexahydrate Drugs 0.000 claims description 2
- NQXWGWZJXJUMQB-UHFFFAOYSA-K iron trichloride hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[Cl-].Cl[Fe+]Cl NQXWGWZJXJUMQB-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 2
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 5
- SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N ferrosoferric oxide Chemical compound O=[Fe]O[Fe]O[Fe]=O SZVJSHCCFOBDDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 10
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical group [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229940056319 ferrosoferric oxide Drugs 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910021577 Iron(II) chloride Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910021578 Iron(III) chloride Inorganic materials 0.000 description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 3
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- NMCUIPGRVMDVDB-UHFFFAOYSA-L iron dichloride Chemical compound Cl[Fe]Cl NMCUIPGRVMDVDB-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K iron trichloride Chemical compound Cl[Fe](Cl)Cl RBTARNINKXHZNM-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 3
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000013305 flexible fiber Substances 0.000 description 2
- FBAFATDZDUQKNH-UHFFFAOYSA-M iron chloride Chemical compound [Cl-].[Fe] FBAFATDZDUQKNH-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 2
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 235000013339 cereals Nutrition 0.000 description 1
- 238000002242 deionisation method Methods 0.000 description 1
- 238000000578 dry spinning Methods 0.000 description 1
- 239000000975 dye Substances 0.000 description 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 1
- 229940032296 ferric chloride Drugs 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005426 magnetic field effect Effects 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 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
- H01G11/36—Nanostructures, e.g. nanofibres, nanotubes or fullerenes
-
- 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
- H01G11/86—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof specially adapted for electrodes
-
- 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)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Inorganic Fibers (AREA)
Abstract
本发明公开了一种具有磁响应性的纤维状超级电容器的制备方法，涉及超级电容器技术领域，具体步骤如下：(1)制备磁响应功能组分分散液，(2)制备磁响应复合纤维电极，(3)制备具有磁响应性的纤维状超级电容器。本发明采用表面及内部均匀负载磁性纳米粒子的复合取向碳纳米管纤维作为超级电容器的电极。该电极由取向碳纳米管纤维为基底，在通过手动纺丝机将二维取向碳纳米管薄膜加捻为一维取向碳纳米管纤维的过程中引入磁性纳米粒子，形成具有磁响应性的复合纤维电极，并进一步将两根电极涂覆凝胶电解质后相互缠绕，形成具有磁响应的纤维状超级电容器。
Description
技术领域：
本发明涉及超级电容器技术领域，具体涉及一种具有磁响应性的纤维状超级电容器及制备方法。
背景技术：
近年来，便携式电子设备已经成为未来电子产品的主流发展方向。基于此，与不断微型化、便携化的电子设备相匹配的能量储存系统需要进一步的发展与优化，以满足各种便携电子产品(如可穿戴设备)的功能需求。在实现稳定提供能量的同时，此种能量储存系统还需要达到易于制备，足够轻质以及面对不同使用环境的高度适应性。
在许多较为严苛的使用环境中(如太空失重状态)，都需要器件能够通过一种远程的控制手段实现与固定基底的物理分离与转移。近年来，兼具轻质、柔性及高储能性能的纤维状能源器件取得了一定的发展，比如目前已成功制备了柔性纤维状超级电容器，染料敏化太阳能电池，聚合物太阳能电池及锂离子电池等。然而，目前却几乎没有柔性纤维状能源器件在实现高效率供能的前提下，实现对使用环境的灵敏的响应性(如磁响应)。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题在于基于取向碳纳米管纤维干法纺丝制备过程、提供一种具有连续化潜力的具有磁响应的纤维状超级电容器及其制备方法，该方法的制备技术可以转移到其他同类型柔性能源器件的制备过程中。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
一种具有磁响应性的纤维状超级电容器，由均匀负载磁响应功能组分的取向碳纳米管纤维作为电极，两根磁响应纤维电极表面均匀涂覆凝胶电解质后相互缠绕形成缠绕结构的磁响应纤维状超级电容器。
一种具有磁响应性的纤维状超级电容器的制备方法，具体步骤如下：
(1)制备磁响应功能组分分散液：取四水合氯化亚铁和六水合氯化铁溶解于去离子水中，并转移至三颈瓶中，将三颈瓶在氮气气氛保护，强烈搅拌下加热至30-100℃保温10-30min直至混合物颜色变化为黑色，将三颈反应瓶冷却至室温并静置10-60min，取出反应液用稀盐酸和蒸馏水冲洗、过滤，所得固体粉末在室温下干燥1-10h，即得具有磁响应性的四氧化三铁磁性纳米粒子，将所得固体粉末分散于蒸馏水中，得到磁响应功能组分分散液；
(2)制备磁响应复合纤维电极：将一片宽度为0.5-1cm的多壁碳纳米管可纺阵列固定在一块洁净基底上，并用刀片将取向多壁碳纳米管薄膜从可纺阵列中拉出，其尾端用自动纺丝机以500-1000r/s的转速将二维取向碳纳米管薄膜加捻为取向碳纳米管纤维；取磁响应功能组分分散液滴加于加捻纤维形成的三角区，使取向碳纳米管薄膜在转化为直径为10-100μm的取向碳纳米管纤维时充分浸入磁响应功能组分分散液中，将四氧化三铁纳米粒子卷裹入纤维内部，在室温下干燥1-10h后，得到磁响应复合纤维电极；
(3)制备具有磁响应性的纤维状超级电容器：将凝胶电解液均匀蘸涂于(2)制备的磁响应复合纤维电极表面，真空条件下使凝胶电解液充分渗透纤维电极5-30min，将纤维两端悬空在20-40℃下使凝胶电解液干燥2-5h，在纤维电极表面形成厚度均与的透明凝胶电解质薄层；将两根按上述方式涂覆了凝胶电解液、并充分干燥后的纤维电极平行排列，加捻后形成一根螺距为1-3mm具有两根纤维电极的具有磁响应性的纤维状超级电容器。
所述具有磁响应性的纤维状超级电容器通过串并联方式形成输出电压、电流可调节的柔性磁响应储能系统。
所述具有磁响应性的纤维状超级电容器在制备具有磁响应性的超级电容器织物中的应用。
所述具有磁响应性的超级电容器织物的具体制备方法为：将制备的具有磁响应性的纤维状超级电容器插入内径为10-200μm的透明热缩管中，并暴露出两端电极，在60-100℃下加热使热缩管软化，沿轴向拉伸热缩管至原长度的150-200％，冷却1-5min后得到透明封装的具有磁响应性的纤维状超级电容器；以平纹织法将具有磁响应性的纤维状超级电容器以5-8mm的间隔依次编入普通的经向或纬向，制备具有磁响应性的储能复合织物。
本发明提供的具有磁响应的纤维状超级电容器，采用表面及内部均匀负载磁性纳米粒子的复合取向碳纳米管纤维作为超级电容器的电极。该电极由取向碳纳米管纤维为基底，在通过手动纺丝机将二维取向碳纳米管薄膜加捻为一维取向碳纳米管纤维的过程中引入磁性纳米粒子，形成具有磁响应性的复合纤维电极，并进一步将两根电极涂覆凝胶电解质后相互缠绕，形成具有磁响应的纤维状超级电容器。
本发明的有益效果是：
(1)本发明所制纤维状超级电容器容量在10-80Fg-1，并且可以响应外加磁场作用，可以在外部磁场控制下实现多种运动。
(2)本发明所制纤维状超级电容器具有稳定的电化学性能，优异的机械强度和柔性，可利用其结构内具有的磁响应组分实现远程操控的分离与转移，以期拓展其使用场景如太空失重条件下等。
附图说明：
图1为本发明磁响应复合纤维电极的制备方法示意图。
图2为本发明磁响应复合纤维电极的截面电子显微镜图像。
图3为本发明具有磁响应性的纤维状超级电容器的结构示意图。
具体实施方式：
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例和图示，进一步阐述本发明。
实施例1
(1)制备取向碳纳米管阵列：采用化学气象沉积法合成垂直取向的可纺多壁碳纳米管阵列。其中，催化剂使用Fe(1nm)/Al2O3(8nm)，碳源为乙烯气体，气相载体为氩气和氢气的混合气体，化学气相沉积得到可纺的碳纳米管阵列。
(2)制备磁响应功能组分分散液：取1g四水合氯化亚铁(FeCl2·4H2O)和250g六水合氯化铁(FeCl3·6H2O)溶解于100ml去离子水中，转移至250ml三颈瓶中。将三颈瓶在氮气气氛保护，强烈搅拌下加热至35℃保温30min直至混合物颜色变化为黑色。将三颈反应瓶冷却至室温并静置10min，取出反应液用稀盐酸和蒸馏水冲洗、过滤，所得固体粉末在室温下干燥1h即得具有磁响应性的四氧化三铁(Fe3O4)磁性纳米粒子。将所得固体粉末分散于200ml蒸馏水中，得到磁响应功能组分分散液；
(3)制备磁响应复合纤维电极：将一片宽度为0.5cm的多壁碳纳米管可纺阵列固定在一块洁净基底上，并用刀片将取向多壁碳纳米管薄膜从可纺阵列中拉出，其尾端用自动纺丝机以500r/s的转速将二维取向碳纳米管薄膜加捻为取向碳纳米管纤维。取3ml磁响应功能组分分散液(四氧化三铁磁性纳米粒子分散液)滴加于加捻纤维形成的三角区，使取向碳纳米管薄膜在转化为直径为10μm的取向碳纳米管纤维时充分浸入磁响应功能组分分散液中，将四氧化三铁纳米粒子卷裹入纤维内部，在室温下干燥1h后，得到磁响应复合纤维电极(取向多壁碳纳米管/四氧化三铁复合纤维)；
(4)制备具有磁响应性的纤维状超级电容器：将凝胶电解液均匀蘸涂于(3)制备的磁响应复合纤维电极表面，真空条件下使凝胶电解液充分渗透纤维电极5min，将纤维两端悬空在20℃下使凝胶电解液干燥2h，在纤维电极表面形成厚度均与的透明凝胶电解质薄层；将两根按上述方式涂覆了凝胶电解液、并充分干燥后的纤维电极平行排列，加捻后形成一根螺距为1mm具有两根纤维电极的具有磁响应性的纤维状超级电容器。
实施例2
(1)制备取向碳纳米管阵列：采用化学气象沉积法合成垂直取向的可纺多壁碳纳米管阵列。其中，催化剂使用Fe(2nm)/Al2O3(9nm)，碳源为乙烯气体，气相载体为氩气和氢气的混合气体，化学气相沉积得到可纺的碳纳米管阵列；
(2)制备磁响应功能组分分散液：取1g四水合氯化亚铁(FeCl2·4H2O)和280g六水合氯化铁(FeCl3·6H2O)溶解于180ml去离子水中，转移至250ml三颈瓶中。将三颈瓶在氮气气氛保护，强烈搅拌下加热至75℃保温50min直至混合物颜色变化为黑色。将三颈反应瓶冷却至室温并静置30min，取出反应液用稀盐酸和蒸馏水冲洗、过滤，所得固体粉末在室温下干燥2h即得具有磁响应性的四氧化三铁(Fe3O4)磁性纳米粒子。将所得固体粉末分散于300ml蒸馏水中，得到磁响应功能组分分散液；
(3)制备磁响应复合纤维电极：将一片宽度为0.6cm的多壁碳纳米管可纺阵列固定在一块洁净基底上，并用刀片将取向多壁碳纳米管薄膜从可纺阵列中拉出，其尾端用自动纺丝机以800r/s的转速将二维取向碳纳米管薄膜加捻为取向碳纳米管纤维。取5ml磁响应功能组分分散液(四氧化三铁磁性纳米粒子分散液)滴加于加捻纤维形成的三角区，使取向碳纳米管薄膜在转化为直径为8μm的取向碳纳米管纤维时充分浸入磁响应功能组分分散液中，将四氧化三铁纳米粒子卷裹入纤维内部，在室温下干燥2h后，得到磁响应复合纤维电极(取向多壁碳纳米管/四氧化三铁复合纤维)；
(4)制备具有磁响应性的纤维状超级电容器：将凝胶电解液均匀蘸涂于(3)制备的磁响应复合纤维电极表面，真空条件下使凝胶电解液充分渗透纤维电极7min，将纤维两端悬空在25℃下使凝胶电解液干燥3h，在纤维电极表面形成厚度均与的透明凝胶电解质薄层；将两根按上述方式涂覆了凝胶电解液、并充分干燥后的纤维电极平行排列，加捻后形成一根螺距为2mm具有两根纤维电极的具有磁响应性的纤维状超级电容器。
(5)制备具有高输出电压的磁响应性柔性供能系统：将四根具有磁响应的纤维状超级电容器平行放置于平面上，将组成纤维器件末端的电极与相邻器件对应电极用金属丝首尾相连，即可实现四根具有磁响应的纤维状超级电容器的串联连接，有效增大使用电压。
实施例3
(1)制备取向碳纳米管阵列：采用化学气象沉积法合成垂直取向的可纺多壁碳纳米管阵列。其中，催化剂使用Fe(3nm)/Al2O3(10nm)，碳源为乙烯气体，气相载体为氩气和氢气的混合气体，化学气相沉积得到可纺的碳纳米管阵列(2)制备磁响应功能组分分散液：取1g四水合氯化亚铁(FeCl2·4H2O)和300g六水合氯化铁(FeCl3·6H2O)溶解于300ml去离子水中，转移至500ml三颈瓶中。将三颈瓶在氮气气氛保护，强烈搅拌下加热至100℃保温60min直至混合物颜色变化为黑色。将三颈反应瓶冷却至室温并静置60min，取出反应液用稀盐酸和蒸馏水冲洗、过滤，所得固体粉末在室温下干燥4h即得具有磁响应性的四氧化三铁(Fe3O4)磁性纳米粒子。将所得固体粉末分散于350ml蒸馏水中，得到磁响应功能组分分散液；
(3)制备磁响应复合纤维电极：将一片宽度为0.7cm的多壁碳纳米管可纺阵列固定在一块洁净基底上，并用刀片将取向多壁碳纳米管薄膜从可纺阵列中拉出，其尾端用自动纺丝机以1500r/s的转速将二维取向碳纳米管薄膜加捻为取向碳纳米管纤维。取6ml磁响应功能组分分散液(四氧化三铁磁性纳米粒子分散液)滴加于加捻纤维形成的三角区，使取向碳纳米管薄膜在转化为直径为12μm的取向碳纳米管纤维时充分浸入磁响应功能组分分散液中，将四氧化三铁纳米粒子卷裹入纤维内部，在室温下干燥3h后，得到磁响应复合纤维电极(取向多壁碳纳米管/四氧化三铁复合纤维)；
(4)制备具有磁响应性的纤维状超级电容器：将凝胶电解液均匀蘸涂于(3)制备的磁响应复合纤维电极表面，真空条件下使凝胶电解液充分渗透纤维电极60min，将纤维两端悬空在22℃下使凝胶电解液干燥3h，在纤维电极表面形成厚度均与的透明凝胶电解质薄层；将两根按上述方式涂覆了凝胶电解液、并充分干燥后的纤维电极平行排列，加捻后形成一根螺距为1.5mm具有两根纤维电极的具有磁响应性的纤维状超级电容器。
(5)制备具有高输出电流的磁响应性柔性供能系统：将四根具有磁响应的纤维状超级电容器平行放置于平面上，将所有纤维器件四个位于首端的电极用金属线连接，四个位于尾端的电极用金属线连接，即可实现四根具有磁响应的纤维状超级电容器的并联连接，有效增大使用电流。
由图2可知，四氧化三铁磁性纳米粒子(箭头指向)均匀负载在取向碳纳米管纤维内部。
这种方法制备的具有磁响应性的纤维状超级电容器容量在10-80F g-1，并且可以在磁场作用下实现多种运动。这种纤维状超级电容器可以在弯曲不同角度的状态下进行工作，重复180度弯曲测试2000次后，容量仍然保持原有容量的95％。这表明这种纤维状超级电容器在各种运动或弯曲状态下都可以重复进行工作。不具有磁响应的纤维状超级电容器对外界磁场没有响应，不能通过外加磁场控制纤维状超级电容器的运动。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (5)
1.一种具有磁响应性的纤维状超级电容器，其特征在于：由均匀负载磁响应功能组分的取向碳纳米管纤维作为电极，两根磁响应纤维电极表面均匀涂覆凝胶电解质后相互缠绕形成缠绕结构的磁响应纤维状超级电容器。
2.如权利要求1所述的具有磁响应性的纤维状超级电容器的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)制备磁响应功能组分分散液：取四水合氯化亚铁和六水合氯化铁溶解于去离子水中，并转移至三颈瓶中，将三颈瓶在氮气气氛保护，强烈搅拌下加热至30-100℃保温10-30min直至混合物颜色变化为黑色，将三颈反应瓶冷却至室温并静置10-60min，取出反应液用稀盐酸和蒸馏水冲洗、过滤，所得固体粉末在室温下干燥1-10h，即得具有磁响应性的四氧化三铁磁性纳米粒子，将所得固体粉末分散于蒸馏水中，得到磁响应功能组分分散液；
(2)制备磁响应复合纤维电极：将一片宽度为0.5-1cm的多壁碳纳米管可纺阵列固定在一块洁净基底上，并用刀片将取向多壁碳纳米管薄膜从可纺阵列中拉出，其尾端用自动纺丝机以500-1000r/s的转速将二维取向碳纳米管薄膜加捻为取向碳纳米管纤维；取磁响应功能组分分散液滴加于加捻纤维形成的三角区，使取向碳纳米管薄膜在转化为直径为10-100μm的取向碳纳米管纤维时充分浸入磁响应功能组分分散液中，将四氧化三铁纳米粒子卷裹入纤维内部，在室温下干燥1-10h后，得到磁响应复合纤维电极；
(3)制备具有磁响应性的纤维状超级电容器：将凝胶电解液均匀蘸涂于(2)制备的磁响应复合纤维电极表面，真空条件下使凝胶电解液充分渗透纤维电极5-30min，将纤维两端悬空在20-40℃下使凝胶电解液干燥2-5h，在纤维电极表面形成厚度均与的透明凝胶电解质薄层；将两根按上述方式涂覆了凝胶电解液、并充分干燥后的纤维电极平行排列，加捻后形成一根螺距为1-3mm具有两根纤维电极的具有磁响应性的纤维状超级电容器。
3.如权利要求2所述的具有磁响应性的纤维状超级电容器通过串并联方式形成输出电压、电流可调节的柔性磁响应储能系统。
4.如权利要求2所述的具有磁响应性的纤维状超级电容器在制备具有磁响应性的超级电容器织物中的应用。
5.如权利要求4所述的具有磁响应性的超级电容器织物的制备方法，其特征在于：将制备的具有磁响应性的纤维状超级电容器插入内径为10-200μm的透明热缩管中，并暴露出两端电极，在60-100℃下加热使热缩管软化，沿轴向拉伸热缩管至原长度的150-200％，冷却1-5min后得到透明封装的具有磁响应性的纤维状超级电容器；以平纹织法将具有磁响应性的纤维状超级电容器以5-8mm的间隔依次编入普通的经向或纬向，制备具有磁响应性的储能复合织物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711221866.5A CN108063058B (zh) | 2017-11-29 | 2017-11-29 | 一种具有磁响应性的纤维状超级电容器及制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711221866.5A CN108063058B (zh) | 2017-11-29 | 2017-11-29 | 一种具有磁响应性的纤维状超级电容器及制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108063058A true CN108063058A (zh) | 2018-05-22 |
| CN108063058B CN108063058B (zh) | 2019-07-26 |
Family
ID=62135930
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711221866.5A Expired - Fee Related CN108063058B (zh) | 2017-11-29 | 2017-11-29 | 一种具有磁响应性的纤维状超级电容器及制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108063058B (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104232108A (zh) * | 2014-09-10 | 2014-12-24 | 浙江碳谷上希材料科技有限公司 | 一种基于石墨烯的纯无机复合膜的制备方法 |
| CN105047927A (zh) * | 2015-08-21 | 2015-11-11 | 复旦大学 | 一种基于取向碳纳米管/二硫化钼复合纤维及其制备方法和应用 |
| CN105140048A (zh) * | 2015-09-11 | 2015-12-09 | 复旦大学 | 一种连续制备复合纤维状超级电容器的方法 |
| CN106449159A (zh) * | 2016-11-29 | 2017-02-22 | 大连海洋大学 | 碳纤维包裹金属氧化物的电容器用柔性电极及制备方法 |
| CN107342173A (zh) * | 2017-07-10 | 2017-11-10 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种柔性超级电容器电极及其制备方法 |
-
2017
- 2017-11-29 CN CN201711221866.5A patent/CN108063058B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104232108A (zh) * | 2014-09-10 | 2014-12-24 | 浙江碳谷上希材料科技有限公司 | 一种基于石墨烯的纯无机复合膜的制备方法 |
| CN105047927A (zh) * | 2015-08-21 | 2015-11-11 | 复旦大学 | 一种基于取向碳纳米管/二硫化钼复合纤维及其制备方法和应用 |
| CN105140048A (zh) * | 2015-09-11 | 2015-12-09 | 复旦大学 | 一种连续制备复合纤维状超级电容器的方法 |
| CN106449159A (zh) * | 2016-11-29 | 2017-02-22 | 大连海洋大学 | 碳纤维包裹金属氧化物的电容器用柔性电极及制备方法 |
| CN107342173A (zh) * | 2017-07-10 | 2017-11-10 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种柔性超级电容器电极及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108063058B (zh) | 2019-07-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Lv et al. | Wearable fiber-shaped energy conversion and storage devices based on aligned carbon nanotubes | |
| Zhang et al. | Recent advances in functional fiber electronics | |
| Sun et al. | Recent progress of fiber-shaped asymmetric supercapacitors | |
| Zhou et al. | MnO2 nanorods/MXene/CC composite electrode for flexible supercapacitors with enhanced electrochemical performance | |
| Sun et al. | Progress in cellulose/carbon nanotube composite flexible electrodes for supercapacitors | |
| Teng et al. | Hierarchically interconnected conducting polymer hybrid fiber with high specific capacitance for flexible fiber-shaped supercapacitor | |
| CN104392845B (zh) | 一种可拉伸的线状超级电容器和锂离子电池制备方法 | |
| CN109736092B (zh) | 一种导电聚苯胺包覆聚酰亚胺基多孔有机纳米复合纤维膜 | |
| CN102810406B (zh) | 以聚苯胺/取向碳纳米管复合膜为电极的超级电容器及其制备方法 | |
| Liu et al. | Fabrication of three-dimensional composite textile electrodes by metal-organic framework, zinc oxide, graphene and polyaniline for all-solid-state supercapacitors | |
| Wu et al. | Graphene-based flexible all-solid-state supercapacitors | |
| CN103904357B (zh) | 一种可拉伸的线状锂离子电池及其制备方法 | |
| Dong et al. | Matching electrode lengths enables the practical use of asymmetric fiber supercapacitors with a high energy density | |
| CN105070511B (zh) | 一种纤维状超级电容器及其制备方法 | |
| Zhu et al. | Vapor-phase polymerization of fibrous PEDOT on carbon fibers film for fast pseudocapacitive energy storage | |
| Yuan et al. | Assembly of MnO/CNC/rGO fibers from colloidal liquid crystal for flexible supercapacitors via a continuous one-process method | |
| Ren et al. | Progress in electrode modification of fibrous supercapacitors | |
| CN104342783A (zh) | 一种纳米或纳米多孔碳纤维束及其制备方法和应用 | |
| Nie et al. | A wearable fiber-shaped supercapacitor based on a poly (lactic acid) filament and high loading polypyrrole | |
| Liang et al. | Interfacial modulation of Ti3C2Tx MXene by cellulose nanofibrils to construct hybrid fibers with high volumetric specific capacitance | |
| Wu et al. | Flexible fiber-shaped supercapacitors based on graphene/polyaniline hybrid fibers with high energy density and capacitance | |
| Cao et al. | Aligned carbon nanotube fibers for fiber-shaped solar cells, supercapacitors and batteries | |
| CN110364371B (zh) | 一种活性多孔碳框架/石墨烯复合纤维及其制备方法 | |
| CN106783215B (zh) | 一种石墨烯/二硫化钼复合纤维电极的制备方法及应用 | |
| WO2020181673A1 (zh) | 一种柔性的无隔膜的线型燃料电池的制备方法 |
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 | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20190726 |