CN108624044B - 一种新能源汽车充电桩插口用纳米导电材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新能源汽车充电桩插口用纳米导电材料，该纳米导电材料的制备方法为：采用化学机械法从植物纤维素中制备得到纳米纤维素，在氧化剂的作用下，通过原位聚合法将喹啉单体聚合在纳米纤维素的表面，形成聚喹啉纳米导电材料，浇注成膜干燥后即得到纳米导电材料，制得的纳米导电材料的拉伸强度为200‑380MPa，断裂伸长率为5‑9％，导电率为195‑400S/m，聚喹啉与纳米纤维素的结合制得的纳米导电材料具有机械性能强、耐高温和良好的电学性能，用于新能源汽车充电桩插孔上，安全抗老化，延长了充电桩的使用寿命。

Description

一种新能源汽车充电桩插口用纳米导电材料
技术领域
本发明属于新能源材料技术领域，具体涉及一种新能源汽车充电桩插口用纳米导电材料。
背景技术
在众多的导电聚合物中，聚喹啉是一类重要的可溶性耐高温导电聚合物，导电聚合物材料有内阻较小、良好的大功率、能量高、比容量大等优点。目前应用于超级电容器电极材料的导电聚合物有聚吡咯(PPy)，聚苯胺(PANI)，聚并苯(PAS)、聚噻吩(PTH)、聚对苯(PPP)等。
但是单纯的聚喹啉作为电容材料，存在的问题是较差的机械性能，加工困难，工作电压和储能密度有待提高等。复合材料不仅具有各组分优点，而且可有效弥补单一组分的不足，因此备受人们的关注。近几年才发展起来的导电聚合物/无机复合材料是十分重要的导电材料，其拥有广阔的研究前景。
纤维素是自然界主要由植物通过光合作用合成的取之不尽、用之不竭的天然物质，广泛存在于高等植物、动物及细菌中。与天然纤维素以及微晶纤维素相比，纳米纤维素具有许多优良性能，如较大的比表面积、高结晶度、高亲水性、高模量、高强度、超精细结构等特点。因此利用纳米纤维素增强导电聚合物的导电性和机械性能是弥补聚喹啉自身缺陷的一种有效方式。
新能源汽车充电桩上设有的插孔大多是直接暴露在户外，没有采用任何防护装置，时间长久插口上的导电层容易老化，当充电插头插入时导致短路，最终导致充电桩损坏废弃。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新能源汽车充电桩插口用纳米导电材料，聚喹啉与纳米纤维素的结合制得的纳米导电材料具有机械性能强、耐高温和良好的电学性能，用于新能源汽车充电桩插孔上，安全抗老化，延长了充电桩的使用寿命。
本发明需要解决的技术问题为：
1、如何制备高导电性的纳米导电材料；
2、如何延长充电桩的使用寿命；
3、如何解决纳米导电材料电学性能差的问题；
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种新能源汽车充电桩插口用纳米导电材料，该纳米导电材料的制备方法为：采用化学机械法从植物纤维素中制备得到纳米纤维素，在氧化剂的作用下，通过原位聚合法将喹啉单体聚合在纳米纤维素的表面，形成聚喹啉纳米导电材料，浇注成膜干燥后即得到纳米导电材料。
进一步，该纳米导电材料的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、纳米纤维素的制备：将植物纤维素加入粉碎机中进行粉碎，放入搅拌器中，加入纯化水配置成浓度为55-65％的纤维素溶液，边搅拌边加入20-25％的醋酸钠溶液，在15-25℃下搅拌30-60min，接着加入2-3.5％的四氟硼酸溶液，搅拌均匀后，在15-25℃下静置6-8h进行活化，过滤后洗涤至中性，加入纯化水配置成0.7-1.1％纤维素悬浊液，依次经球磨机研磨15-20min,超声2-5min，最后离心分离得到了纳米纤维素，纳米纤维素的直径为10-25nm；
S2、聚喹啉纳米导电材料的制备：将喹啉单体溶解在70-85％的乙醇水溶液中配置成20-35％的喹啉溶液，乙醇水溶液的温度为55-60℃，加入步骤S1制备的纳米纤维素，搅拌均匀后保温浸渍2-4h，使得喹啉单体充分吸附在纳米纤维素上，降温至15-20℃，加入酸性氧化剂和酸溶液，喹啉在纤维表面氧化聚合反应1.5-2h，得到聚喹啉纳米导电材料溶液；
S3、将步骤S2制备的聚喹啉纳米导电材料溶液浇注成膜后，放入真空干燥箱，在45-50℃干燥12-16h即得到纳米导电材料。
进一步，步骤S1所述的植物纤维素、醋酸钠溶液、四氟硼酸溶液的质量比为100:3-5:10-13。
进一步，步骤S2所述的喹啉单体、纳米纤维素的质量比为6.5-7:3。
进一步，步骤S2所述的酸性氧化剂为五氧化二钒，五氧化二钒的加入量与喹啉溶液的质量体积比为：0.02g:1ml；五氧化二钒可有效控制喹啉氧化聚合速度，使得喹啉低聚物有效的向纤维结构内部迁移，从而进一步的在纤维上进行氧化聚合，避免了强氧化剂快速的聚合来不及向纤维内部迁移，形成的高聚物易从溶液中沉降。
进一步，步骤S2所述的酸溶液为浓度为0.8-1.1mol/L的对甲苯磺酸水溶液，酸溶液的加入量为喹啉溶液的10-15％。
进一步，步骤S3制得的纳米导电材料的拉伸强度为200-380MPa，断裂伸长率为5-9％，导电率为195-400S/m。
本发明的有益效果：
(1)本发明提供的一种新能源汽车充电桩插口用纳米导电材料，采用化学机械法从植物纤维素中制备得到纳米纤维素，在氧化剂的作用下，通过原位聚合法将喹啉单体聚合在纳米纤维素的表面，形成聚喹啉纳米导电材料，浇注成膜干燥后得到了纳米导电材料，制得的纳米导电材料的拉伸强度为200-380MPa，断裂伸长率为5-9％，导电率为195-400S/m，解决了如何制备高导电性的纳米导电材料的问题；
(2)聚喹啉与纳米纤维素的结合制得的纳米导电材料具有机械性能强、耐高温和良好的电学性能，用于新能源汽车充电桩插孔上，安全抗老化，延长了充电桩的使用寿命，解决了如何延长充电桩的使用寿命的问题；
(3)在聚喹啉纳米导电材料的制备中，采用的酸性氧化剂为五氧化二钒，五氧化二钒可有效控制喹啉氧化聚合速度，使得喹啉低聚物有效的向纤维结构内部迁移，从而进一步的在纤维上进行氧化聚合，解决了使用强氧化剂导致快速的聚合来不及向纤维内部迁移，形成的高聚物易从溶液中沉降，制备的纳米导电材料电学性能差的问题。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种新能源汽车充电桩插口用纳米导电材料，该纳米导电材料的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、纳米纤维素的制备：将100g植物纤维素加入粉碎机中进行粉碎，放入搅拌器中，加入纯化水配置成浓度为55％的纤维素溶液，边搅拌边加入3g 20％的醋酸钠溶液，在25℃下搅拌60min，接着加入15g 2％的四氟硼酸溶液，搅拌均匀后，在25℃下静置6h进行活化，过滤后洗涤至中性，加入纯化水配置成 0.7％纤维素悬浊液，依次经球磨机研磨15min,超声2min，最后离心分离得到了纳米纤维素，纳米纤维素的直径为16nm；
S2、聚喹啉纳米导电材料的制备：将65g喹啉单体溶解在70％的乙醇水溶液中配置成35％的喹啉溶液，乙醇水溶液的温度为55℃，加入30g步骤S1制备的纳米纤维素，搅拌均匀后保温浸渍2h，使得喹啉单体充分吸附在纳米纤维素上，降温至20℃，加入五氧化二钒和0.8mol/L的对甲苯磺酸水溶液，喹啉在纤维表面氧化聚合反应2h，得到聚喹啉纳米导电材料溶液；
五氧化二钒可有效控制喹啉氧化聚合速度，使得喹啉低聚物有效的向纤维结构内部迁移，从而进一步的在纤维上进行氧化聚合，避免了强氧化剂快速的聚合来不及向纤维内部迁移，形成的高聚物易从溶液中沉降；
S3、将步骤S2制备的聚喹啉纳米导电材料溶液浇注成膜后，放入真空干燥箱，在45℃干燥12h即得到纳米导电材料；经检测，制得的纳米导电材料的拉伸强度为320MPa，断裂伸长率为6％，导电率为250S/m。
实施例2
一种新能源汽车充电桩插口用纳米导电材料，该纳米导电材料的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、纳米纤维素的制备：将100g植物纤维素加入粉碎机中进行粉碎，放入搅拌器中，加入纯化水配置成浓度为65％的纤维素溶液，边搅拌边加入5g 25％的醋酸钠溶液，在15℃下搅拌30min，接着加入10g 3.5％的四氟硼酸溶液，搅拌均匀后，在15℃下静置8h进行活化，过滤后洗涤至中性，加入纯化水配置成 1.1％纤维素悬浊液，依次经球磨机研磨20min,超声5min，最后离心分离得到了纳米纤维素，纳米纤维素的直径为25nm；
S2、聚喹啉纳米导电材料的制备：将70g喹啉单体溶解在85％的乙醇水溶液中配置成20％的喹啉溶液，乙醇水溶液的温度为60℃，加入30g步骤S1制备的纳米纤维素，搅拌均匀后保温浸渍4h，使得喹啉单体充分吸附在纳米纤维素上，降温至15℃，加入五氧化二钒和1.1mol/L的对甲苯磺酸水溶液，喹啉在纤维表面氧化聚合反应1.5h，得到聚喹啉纳米导电材料溶液；
S3、将步骤S2制备的聚喹啉纳米导电材料溶液浇注成膜后，放入真空干燥箱，在50℃干燥16h即得到纳米导电材料；经检测，制得的纳米导电材料的拉伸强度为350MPa，断裂伸长率为9％，导电率为400S/m。
实施例3
一种新能源汽车充电桩插口用纳米导电材料，该纳米导电材料的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、纳米纤维素的制备：将100g植物纤维素加入粉碎机中进行粉碎，放入搅拌器中，加入纯化水配置成浓度为60％的纤维素溶液，边搅拌边加入4g 22％的醋酸钠溶液，在20℃下搅拌50min，接着加入12g 3％的四氟硼酸溶液，搅拌均匀后，在20℃下静置7h进行活化，过滤后洗涤至中性，加入纯化水配置成 0.9％纤维素悬浊液，依次经球磨机研磨18min,超声4min，最后离心分离得到了纳米纤维素，纳米纤维素的直径为12nm；
S2、聚喹啉纳米导电材料的制备：将70g喹啉单体溶解在80％的乙醇水溶液中配置成25％的喹啉溶液，乙醇水溶液的温度为56℃，加入30g步骤S1制备的纳米纤维素，搅拌均匀后保温浸渍3h，使得喹啉单体充分吸附在纳米纤维素上，降温至17℃，加入五氧化二钒和1.0mol/L的对甲苯磺酸水溶液，喹啉在纤维表面氧化聚合反应2h，得到聚喹啉纳米导电材料溶液；
S3、将步骤S2制备的聚喹啉纳米导电材料溶液浇注成膜后，放入真空干燥箱，在45℃干燥15h即得到纳米导电材料；经检测，制得的纳米导电材料的拉伸强度为290MPa，断裂伸长率为5％，导电率为370S/m。
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种新能源汽车充电桩插口用纳米导电材料，其特征在于：该纳米导电材料的制备方法为：采用化学机械法从植物纤维素中制备得到纳米纤维素，在氧化剂的作用下，通过原位聚合法将喹啉单体聚合在纳米纤维素的表面，形成聚喹啉纳米导电材料，浇注成膜干燥后即得到纳米导电材料；
该纳米导电材料的制备方法，具体包括以下步骤：
S1、纳米纤维素的制备：将植物纤维素加入粉碎机中进行粉碎，放入搅拌器中，加入纯化水配置成浓度为55-65％的纤维素溶液，边搅拌边加入20-25％的醋酸钠溶液，在15-25℃下搅拌30-60min，接着加入2-3.5％的四氟硼酸溶液，搅拌均匀后，在15-25℃下静置6-8h进行活化，过滤后洗涤至中性，加入纯化水配置成0.7-1.1％纤维素悬浊液，依次经球磨机研磨15-20min,超声2-5min，最后离心分离得到了纳米纤维素，纳米纤维素的直径为10-25nm；
S2、聚喹啉纳米导电材料的制备：将喹啉单体溶解在70-85％的乙醇水溶液中配置成20-35％的喹啉溶液，乙醇水溶液的温度为55-60℃，加入步骤S1制备的纳米纤维素，搅拌均匀后保温浸渍2-4h，使得喹啉单体充分吸附在纳米纤维素上，降温至15-20℃，加入酸性氧化剂和酸溶液，喹啉在纤维表面氧化聚合反应1.5-2h，得到聚喹啉纳米导电材料溶液；
S3、将步骤S2制备的聚喹啉纳米导电材料溶液浇注成膜后，放入真空干燥箱，在45-50℃干燥12-16h即得到纳米导电材料；
步骤S1所述的植物纤维素、醋酸钠溶液、四氟硼酸溶液的质量比为100:3-5:10-13；
步骤S2所述的喹啉单体、纳米纤维素的质量比为6.5-7:3；
步骤S2所述的酸性氧化剂为五氧化二钒，五氧化二钒的加入量与喹啉溶液的质量体积比为：0.02g:1ml；
步骤S2所述的酸溶液为浓度为0.8-1.1mol/L的对甲苯磺酸水溶液，酸溶液的加入量为喹啉溶液的10-15％；
步骤S3制得的纳米导电材料的拉伸强度为200-380MPa，断裂伸长率为5-9％，导电率为195-400S/m。
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