CN115497753B - 一种聚苯胺/竹纤维/MXene复合材料的制备方法及其产品和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚苯胺/竹纤维/MXene复合材料的制备方法及其产品和应用，该复合材料的制备方法包括制备多孔竹纤维粉末，再与MXene粉末制备竹纤维/MXene分散液，再加入含有苯胺的硫酸水溶液及滴加过硫酸铵的水溶液制得聚苯胺/竹纤维/MXene复合材料。并将该复合材料用于制备聚苯胺/竹纤维/MXene复合电极及组装聚苯胺/竹纤维/MXene//聚苯胺/竹纤维/MXene固态柔性对称超级电容器。本发明制备的复合材料具有优良的柔性和较大的比电容，通过增大MXene的层间距，一定程度上解决MXene材料的堆叠问题，进而应用于超级电容器中，具有优良的柔性性能和较高的比电容。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚苯胺/竹纤维/MXene复合材料的制备方法及其产品和应用，属于有机复合电极材料技术领域
背景技术
伴随着人们生活水平的提高，对科学设备的需求日益增长，也就需要电子器件更加便携，随之而来的是各种柔性、可折叠、可穿戴的电子产品，对于支撑这些电子设备的储能装置要求也越来越高。因此，开发续航时间长、充放电次数多、能适应各种温度下作业且能够与便携式电子产品相匹配的柔性储能器件话题的热度持续飙升。传统的超级电容器大多为二维的平面结构，就像一张纸在折叠时一定会出现不同程度的损伤，更有甚者直接折断。超级电容器电极材料像传统的充电电池和电容器一样质硬，其不可弯曲性使它在便携式储能器件的应用上受到了很大的限制，所以传统电容器只能满足传统电器的使用，早已无法满足科技高速发展、人们对电子器件便携的需求，高性能、便携式且适应温度范围广的柔性超级电容器急需发展与改良。
超级电容器的发展存在一些问题需要去解决，其中最为主要的还是低能量密度。因此，超级电容器的电极材料的特性为高比表面积，增加活性位点；孔径分布均匀，促进扩散；低内阻，提高电子传输；电化学稳定性好，获得更好的循环性。目前，超级电容器的新型电极材料以复合材料及纳米材料为主，这两类材料不仅能够减小颗粒尺寸，增加孔隙率和比表面积，还能够提高电子传输速度和增加比电容。随着科研进一步发展，未来超级电容器的应用领域将更加广泛。
发明内容
发明目的：本发明的第一目的是提供一种聚苯胺/竹纤维/MXene复合材料的制备方法，本发明的第二目的是提供一种该方法得到的聚苯胺/竹纤维/MXene复合材料，本发明的第三目的是提供一种利用该聚苯胺/竹纤维/MXene复合材料制备的聚苯胺/竹纤维/MXene复合柔性电极，本发明的第四目的是是提供一种利用该聚苯胺/竹纤维/MXene复合柔性电极组装的固态柔性对称超级电容器。
技术方案：本发明提供一种聚苯胺/竹纤维/MXene复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将竹片放入氢氧化钠和亚硫酸钠的混合溶液中，加热进行化学氧化处理，水洗，真空干燥，粉碎得到多孔竹纤维粉末；
(2)将多孔竹纤维粉末超声分散在去离子水中，加入MXene粉末，继续超声处理，得到竹纤维/MXene分散液；
(3)在竹纤维/MXene分散液中加入含有苯胺的硫酸溶液，在冰水浴下搅拌混合分散，滴加过硫酸铵的水溶液，聚合反应，抽滤、洗涤、干燥，得到聚苯胺/竹纤维/MXene复合材料。
其中，步骤(1)中，所述混合溶液中氢氧化钠浓度为0.5-5mol/L。
其中，步骤(1)中，所述混合溶液中亚硫酸钠浓度为0.1-5mol/L。
其中，步骤(1)中，所述混合溶液中中氢氧化钠与亚硫酸钠的摩尔比为100:1-1:1。
其中，步骤(1)中，所述竹片与混合溶液的固液比为10-100g/mL。
其中，步骤(1)中，加热进行化学氧化处理是加热煮沸1-10h。
其中，步骤(1)中，多孔竹纤维粉末的粒径≤74μm。
其中，步骤(2)中，所述MXene粉末为Ti3C2TX粉末。
其中，步骤(2)中，所述MXene粉末的制备方法，包括以下步骤：将LiF溶解于盐酸溶液中，缓慢加入MAX相(Ti3AlC2)粉末，搅拌，得到悬浊液。将悬浊液加热搅拌反应，将悬浊液离心分离，水洗沉淀至上清液的PH≥6。在“泥浆”沉淀中加入去离子水，在氩气的保护下超声，离心分离，真空干燥，得到MXene粉末。
其中，LiF与盐酸溶液的固液比为1:10-100g/mL，LiF与Ti3AlC2粉末的质量比为1-100:1，将悬浊液加热搅拌反应是在20-40℃的水浴中搅拌反应12-72h，将悬浊液离心分离是在3500-10000rpm的转速下离心3-30min，在氩气的保护下超声的时间为20-60min，离心分离是在3500-10000rpm的转速下离心3-30min，真空干燥在20-40℃真空干燥0.5-24h。
其中，步骤(2)中，所述竹纤维/MXene分散液中的多孔竹纤维粉末的浓度为0.5-25g/L。
其中，步骤(2)中，所述竹纤维/MXene分散液中多孔竹纤维粉末与MXene粉末的质量比为100:1-1:10。
其中，步骤(2)中，所述超声处理的时间为30-120min。
其中，步骤(3)中，所述含有苯胺的硫酸溶液中硫酸的浓度为0.5-5mol/L，苯胺的浓度为0.01-10mol/L。
其中，步骤(3)中，所述过硫酸铵与苯胺的摩尔比为10:1-1:10。
其中，步骤(3)中，聚合反应的时间为1-6h。
本发明所述制备方法得到的聚苯胺/竹纤维/MXene复合材料。
本发明还包括一种聚苯胺/竹纤维/MXene复合柔性电极，包括本发明所述的聚苯胺/竹纤维/MXene复合材料。
本发明所述的聚苯胺/竹纤维/MXene复合柔性电极的制备方法，包括以下步骤：
将本发明所述的聚苯胺/竹纤维/MXene复合材料、乙炔黑、聚偏二氟乙烯混合，研磨，得到混合物，滴加N-甲基吡咯烷酮到混合物中，继续研磨，得到浆料，将浆料涂覆在碳纸的一侧，干燥，得到聚苯胺/竹纤维/MXene复合柔性电极。
其中，聚苯胺/竹纤维/MXene复合材料、乙炔黑、聚偏二氟乙烯的质量比8:1:1-5:4:1，N-甲基吡咯烷酮与混合物的液固比为5-50:1μL/mg。
本发明所述一种固态柔性对称超级电容器，包括本发明所述的聚苯胺/竹纤维/MXene复合柔性电极。
本发明所述固态柔性对称超级电容器的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备PVA/H2SO4凝胶；
(2)以PVA/H2SO4凝胶作为电解质，与本发明所述的聚苯胺/竹纤维/MXene复合柔性电极组装，得到固态柔性对称超级电容器。
其中，步骤(1)中，所述PVA/H2SO4凝胶是将H2O、H2SO4、PVA混合，搅拌加热，真空干燥得到。
其中，H2O、H2SO4、PVA的质量比为10:1:1-10:1:5，加热搅拌是在60-90℃搅拌1-4h，真空干燥的时间为0.5-4h；
其中，步骤(2)中，组装固态柔性对称超级电容器时将聚苯胺/竹纤维/MXene复合柔性电极没有涂覆浆料的一端用导电银浆连接到箔材表面。
本发明制备出聚苯胺/竹纤维/MXene复合材料，先使用竹纤维和MXene共混，再使用苯胺对竹纤维/MXene进行表面修饰，制得的聚苯胺/竹纤维/MXene复合材料。并利用该材料制备复合柔性电极及超级电容器。复合柔性电极具有优良的柔性和较大的比电容，通过竹纤维增大MXene的层间距，一定程度上解决MXene材料的堆叠问题，且竹纤维本身也具有较好的柔性，有利于MXene柔性的提高，而应用于超级电容器中，具有优良的柔性性能和较高的比电容。
本发明通过竹纤维材料增大MXene的层间距，且竹纤维本身也具有较好的柔性，聚苯胺修饰竹纤维/MXene材料表面，通过分子链中的氢离子的嵌脱而形成空穴从而提高电极材料的导电性和提供更多的活性位点，有利于提高电极材料的功率密度。而且生物质能源的利用还提高了生物质本身的价值，为农产品价值的提升提供了非常好的途径，回收时产生的环境问题也较小，在实际发展应用中具有极大的价值。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：
(1)本发明制备的聚苯胺/竹纤维/MXene复合材料具有很好的柔性和较大的比电容，采用本发明聚苯胺/竹纤维/MXene复合材料制备的柔性电极在扫描速率为100mV/s时，比电容可达323F/g。
(2)本发明制得的聚苯胺/竹纤维/MXene复合柔性电极具有优良的柔性和较大的比电容，通过增大MXene的层间距，一定程度上解决MXene材料的堆叠问题，进而应用于超级电容器中，具有优良的柔性性能和较高的比电容，利用本发明的复合柔性电极组装的聚苯胺/竹纤维/MXene固态柔性对称超级电容器0.5A/g时的比电容为55F/g。
附图说明
图1为竹纤维粉末的光学照片；
图2为竹纤维粉末的扫描电镜图；
图3为聚苯胺/竹纤维/MXene复合材料的扫描电镜图；
图4为实施例2的聚苯胺/竹纤维/MXene复合柔性电极在不同扫速下的CV图；
图5为实施例2聚苯胺/竹纤维/MXene复合柔性电极的阻抗EIS曲线图；
图6为实施例2、实施例4、实施例5、实施例6的聚苯胺/竹纤维/MXene三元复合柔性电极在扫速为100mV/s的CV图；
图7为实施例2、实施例9、实施例10的复合柔性电极的在1mA/cm2电流密度下的GCD图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1聚苯胺/竹纤维/MXene复合材料的制备
1、竹纤维粉末的制备：
将50g竹片去除表皮和内壁薄膜，将其放入500mL含2.5mol/L氢氧化钠和0.4mol/L亚硫酸钠的混合溶液中，煮沸4h，水洗，60℃真空干燥12h，得多孔竹纤维，粉碎得到多孔竹纤维粉末(多孔竹纤维粉末的粒径为≤74μm)。其光学照片如图1所示。
2、MXene粉末制备：
将2gLiF溶解于40mL9mol/L的盐酸溶液中，缓慢加入2gMAX相(Ti3AlC2)粉末并搅拌10min，得到悬浊液。将悬浊液移至40℃的水浴锅中，搅拌并保持反应24h。反应结束后，将悬浊液倒入离心管内，在3500rpm的转速下离心5min，离心结束后倒去上清液，加入去离子水摇匀，反复离心，直至上清液的pH≥6。在剩下的“泥浆”状沉淀样品中加入120mL去离子水，并在氩气的保护下超声30min，得到悬浊液。将获得的悬浊液在3500rpm的转速下离心1h，离心后的悬浊液在40℃真空干燥箱中烘干12h，得到MXene(Ti3C2TX)粉末。
3、竹纤维/MXene分散液的制备；
称取0.9g竹纤维粉末至于500mL去离子水中，超声使其均匀分散在去离子水中。取超声后的溶液100mL与0.18g MXene粉末混合(竹纤维与MXene按照1:1的质量比混合)，得到混合液将，混合液超声处理30min，形成竹纤维/MXene分散液。
4、聚苯胺/竹纤维/MXene复合材料的制备：
将上述竹纤维/MXene分散液中加入30mL含苯胺单体的硫酸水溶液(1mol/L H2SO4溶液中含有0.1mol/L苯胺单体)，并在冰水浴下边搅拌边用恒压滴液漏斗滴加20mL0.3mol/L过硫酸铵水溶液，继续搅拌反应2h。反应结束后进行抽滤，用去离子水洗涤滤饼除去表面剩余的苯胺单体，将滤饼室温真空干燥12h，得聚苯胺/竹纤维/MXene复合材料。
对本实施例制备的竹纤维粉末和聚苯胺/竹纤维/MXene复合材料进行扫描电镜图分析，结果如图2-3所示。图2为竹纤维粉末的扫描电镜图，由图2可以看出，竹片经化学氧化处理后，排列规整的纤维结构，以及竹纤维表面丰富的多孔结构，为后续聚苯胺的生长提供了空间与位点。
图3为聚苯胺/竹纤维/MXene复合材料的扫描电镜图，由图3可以看出，聚苯胺沿着竹纤维规整的纤维结构表面生长，呈现颗粒状，且颗粒大小均匀，但未破坏其孔结构；竹纤维水平排列在MXene表面也有垂直排列在MXene纳米片之间，在一定程度上阻止了MXene的堆积，充分发挥了竹纤维和聚苯胺作为间隔物的优势。这样的多孔和纤维结构既在一定程度上解决了堆叠问题，为离子传输提供更多的活性位点，也为提高导电性和柔性提供保障，有利于提高电极材料的功率密度和柔性。
实施例2聚苯胺/竹纤维/MXene复合柔性电极的制备
称取实施例1制备的32mg聚苯胺/竹纤维/MXene复合材料、4mg乙炔黑(ACET)、4mg聚偏二氟乙烯(PVDF)混合，在研钵中研磨均匀，然后逐滴滴加0.6mL N-甲基吡咯烷酮(NMP)，继续不断研磨混合物，直至形成具有一定粘度和流动性的浆料。用刮刀将混合好的浆料均匀地涂覆在碳纸(16cm2)的一侧上，并将其60℃下真空干燥12h，得到聚苯胺/竹纤维/MXene复合柔性电极。
对本实施例得到的聚苯胺/竹纤维/MXene复合柔性电极在10mV/s、20mV/s、30mV/s、50mV/s、80mV/s、100mV/s的扫描速度下进行循环伏安测试，结果如图4所示。
图4为实施例2的聚苯胺/竹纤维/MXene复合柔性电极在不同扫速下的循环伏安曲线(CV)图，由图4可以看出，随着扫描速率的增加其氧化峰和还原峰也向高电压和低电压移动，但是其移动的幅度不大，说明在高扫速下聚苯胺/竹纤维/MXene复合柔性电极的极化现象不明显，同时也说明聚苯胺/竹纤维/MXene复合柔性电极具有良好的速率性能，通过计算可知，在扫描速率为100mV/s时，比电容可达323F/g。并且聚苯胺/竹纤维/MXene复合柔性电极显示良好的柔性性能。
对本实施例得到的聚苯胺/竹纤维/MXene复合柔性电极进行交流阻抗测试，结果如5所示。
图5为实施例2聚苯胺/竹纤维/MXene复合柔性电极的阻抗EIS曲线图，由图5可以看出，聚苯胺/竹纤维/MXene复合柔性电极在低频区的直线与X轴的夹角接近90°，表明在反应过程中电子传输速率很快，说明竹纤维和聚苯胺的加入有效扩大了MXene的层间距。
实施例3聚苯胺/竹纤维/MXene固态柔性对称超级电容器的制备及测试
1、PVA/H2SO4凝胶的制备：
将60gH2O、6g98％硫酸(H2SO4)、6g聚乙烯醇(PVA)混合，并加热至85℃搅拌2h，60℃真空干燥4h，得到无色透明的PVA/H2SO4凝胶。
2、聚苯胺/竹纤维/MXene固态柔性对称超级电容器组装：
采用PVA/H2SO4凝胶作为电解质，实施例2制备的聚苯胺/竹纤维/MXene复合柔性电极没有涂覆浆料的碳纸端用导电银浆连接到铜箔表面，组装得到聚苯胺/竹纤维/MXene//聚苯胺/竹纤维/MXene固态柔性对称超级电容器。
3、聚苯胺/竹纤维/MXene固态柔性对称超级电容器测试：
对制备的聚苯胺/竹纤维/MXene//聚苯胺/竹纤维/MXene固态柔性对称超级电容器进行循环伏安测试，结果显示聚苯胺/竹纤维/MXene复合柔性电极在扫描速率为100mV/s时，比电容可达323F/g，并且具有良好的柔性性能。组装的聚苯胺/竹纤维/MXene固态柔性对称超级电容器0.5A/g时的比电容为55F/g，并且具有良好的柔性性能。
实施例4
实验过程同实施例1，改变竹纤维的加入，具体为：1.8g。
称取1.8g粉碎后的竹纤维至于500mL水溶液中，超声使其均匀分散在水溶液中。取超声后的溶液100mL与0.18g MXene粉末(竹纤维与MXene的质量比为2:1)混合，得到混合液，将混合液超声处理30min，形成竹纤维/MXene分散液；其他步骤与实施例1相同，得聚苯胺/竹纤维/MXene复合材料。
聚苯胺/竹纤维/MXene复合柔性电极的制备同实施例2，聚苯胺/竹纤维/MXene固态柔性对称超级电容器的制备及测试同实施例3。
对本实施例制备的聚苯胺/竹纤维/MXene//聚苯胺/竹纤维/MXene固态柔性对称超级电容器进行循环伏安测试，结果显示聚苯胺/竹纤维/MXene复合柔性电极在扫描速率为100mV/s时，比电容可达265F/g，并且显示较好的柔性性能。组装的聚苯胺/竹纤维/MXene固态柔性对称超级电容器0.5A/g时的比电容为42F/g，并且显示较好的柔性性能，所以竹纤维的加入会影响聚苯胺/竹纤维/MXene复合电极的柔性。
实施例5
实验过程同实施例1，改变竹纤维的加入，具体为：0.5g。
称取0.5g粉碎后的竹纤维至于500mL水溶液中，超声使其均匀分散在水溶液中。取超声后的溶液100mL与0.18g MXene粉末(竹纤维与MXene的质量比为1:1.8)混合，得到混合液，将混合液超声处理30min，形成竹纤维/MXene分散液；其他步骤与实施例1相同，得聚苯胺/竹纤维/MXene复合材料。
聚苯胺/竹纤维/MXene复合柔性电极的制备同实施例2，聚苯胺/竹纤维/MXene固态柔性对称超级电容器的制备及测试同实施例3。
对本实施例制备的聚苯胺/竹纤维/MXene//聚苯胺/竹纤维/MXene固态柔性对称超级电容器进行循环伏安测试，结果显示聚苯胺/竹纤维/MXene复合柔性电极在扫描速率为100mV/s时，比电容可达274F/g，并且具有较好的柔性性能。组装的聚苯胺/竹纤维/MXene固态柔性对称超级电容器0.5A/g时的比电容为46F/g，并且具有较好的柔性。
实施例6
实验过程同实施例1，改变竹纤维的加入，具体为：0.1g。
称取0.1g粉碎后的竹纤维至于500mL水溶液中，超声使其均匀分散在水溶液中。取超声后的溶液100mL与0.18g MXene粉末(竹纤维与MXene的质量比为1:9)，得到混合液，将混合液超声处理30min，形成竹纤维/MXene分散液；其他步骤与实施例1相同，得聚苯胺/竹纤维/MXene复合材料。
聚苯胺/竹纤维/MXene复合柔性电极的制备同实施例2，聚苯胺/竹纤维/MXene固态柔性对称超级电容器的制备及测试同实施例3。
对本实施例制备的聚苯胺/竹纤维/MXene//聚苯胺/竹纤维/MXene固态柔性对称超级电容器进行循环伏安测试，结果显示聚苯胺/竹纤维/MXene复合柔性电极在扫描速率为100mV/s时，比电容可达246F/g，并且显示较好的柔性性能。组装的聚苯胺/竹纤维/MXene固态柔性对称超级电容器0.5A/g时的比电容为39F/g，并且显示较好的柔性性能。
实施例7
实验过程同实施例1，改变苯胺单体的加入，具体为：60mL 0.1mol/L苯胺酸水溶液。
竹纤维/MXene分散液中加入60mL含苯胺单体硫酸水溶液(1mol/L H2SO4溶液中含有0.1mol/L苯胺单体)，并在冰水浴下边搅拌边用恒压滴液漏斗滴加40mL 0.3mol/L过硫酸铵水溶液，继续搅拌反应2h。反应结束后进行抽滤，用去离子水洗涤滤饼除去表面剩余的苯胺单体，将滤饼室温真空干燥12h，得聚苯胺/竹纤维/MXene复合材料；其他步骤与实施例1相同。
聚苯胺/竹纤维/MXene复合柔性电极的制备同实施例2，聚苯胺/竹纤维/MXene固态柔性对称超级电容器的制备及测试同实施例3。
对本实施例制备的聚苯胺/竹纤维/MXene//聚苯胺/竹纤维/MXene固态柔性对称超级电容器进行循环伏安测试，结果显示聚苯胺/竹纤维/MXene复合柔性电极在扫描速率为1mV/s时，比电容可达304F/g，并且显示较好的柔性性能。组装的聚苯胺/竹纤维/MXene固态柔性对称超级电容器0.5A/g时的比电容为49F/g，并且显示较好的柔性性能，过量苯胺的加入会引起苯胺的堆叠，影响聚苯胺/竹纤维/MXene复合电极的表面形貌，从而影响膜电极的表面比电容，所以苯胺的加入会影响聚苯胺/竹纤维/MXene复合电极的柔性和电化学性能。
实施例8
实验过程同实施例1，改变苯胺单体的加入，具体为：20mL 0.1mol/L苯胺酸水溶液
竹纤维/MXene分散液中加入20mL含苯胺单体的硫酸水溶液(1mol/L H2SO4溶液中含有0.1mol/L苯胺单体)，并在冰水浴下边搅拌边用恒压滴液漏斗滴加13.3mL 0.3mol/L过硫酸铵水溶液，继续搅拌反应2h。反应结束后进行抽滤。用去离子水洗涤滤饼除去表面剩余的苯胺单体，将滤饼室温真空干燥12h，得聚苯胺/竹纤维/MXene复合材料；其他步骤与实施例1相同。
聚苯胺/竹纤维/MXene复合柔性电极的制备同实施例2，聚苯胺/竹纤维/MXene固态柔性对称超级电容器的制备及测试同实施例3。
对本实施例制备的聚苯胺/竹纤维/MXene//聚苯胺/竹纤维/MXene固态柔性对称超级电容器进行循环伏安测试，结果显示聚苯胺/竹纤维/MXene复合柔性电极在扫描速率为100mV/s时，比电容可达312F/g，并且具有显示的柔性性能。组装的聚苯胺/竹纤维/MXene固态柔性对称超级电容器0.5A/g时的比电容为43F/g，并且显示较好的柔性性能。
实施例9
实验过程同实施例1，改变苯胺单体的加入，具体为：10mL 0.1mol/L苯胺酸水溶液
竹纤维/MXene分散液中加入10mL含苯胺单体的硫酸水溶液(1mol/L H2SO4溶液中含有0.1mol/L苯胺单体)，并在冰水浴下边搅拌边用恒压滴液漏斗滴加6.7mL0.3mol/L过硫酸铵水溶液，继续搅拌反应2h。反应结束后进行抽滤，用去离子水洗涤除去表面剩余的苯胺单体，将滤饼室温真空干燥12h，得聚苯胺/竹纤维/MXene复合材料；其他步骤与实施例1相同。
聚苯胺/竹纤维/MXene复合柔性电极的制备同实施例2，聚苯胺/竹纤维/MXene固态柔性对称超级电容器的制备及测试同实施例3。
对本实施例制备的聚苯胺/竹纤维/MXene//聚苯胺/竹纤维/MXene固态柔性对称超级电容器进行循环伏安测试，结果显示聚苯胺/竹纤维/MXene复合柔性电极在扫描速率为100mV/s时，比电容可达230F/g，并且具有较好的柔性性能。组装的聚苯胺/竹纤维/MXene固态柔性对称超级电容器0.5A/g时的比电容为32F/g，并且具有较好的柔性性能。
实施例10
实验过程同实施例1，改变苯胺单体的加入，具体为：5mL 0.1mol/L苯胺酸水溶液。
竹纤维/MXene分散液中加入5mL含苯胺单体的硫酸水溶液(1mol/L H2SO4溶液中含有0.1mol/L苯胺单体)，并在冰水浴下边搅拌边用恒压漏斗滴加3.3mL0.3mol/L过硫酸铵水溶液，继续搅拌反应2h。反应结束后进行抽滤，用去离子水洗涤滤饼除去表面剩余的苯胺单体，将滤饼室温真空干燥12h，得聚苯胺/竹纤维/MXene复合材料；其他步骤与实施例1相同。
聚苯胺/竹纤维/MXene复合柔性电极的制备同实施例2，聚苯胺/竹纤维/MXene固态柔性对称超级电容器的制备及测试同实施例3。
对本实施例制备的聚苯胺/竹纤维/MXene//聚苯胺/竹纤维/MXene固态柔性对称超级电容器进行循环伏安测试，结果显示聚苯胺/竹纤维/MXene复合柔性电极在扫描速率为100mV/s时，比电容可达193F/g，并且具有较好的柔性性能。组装的聚苯胺/竹纤维/MXene固态柔性对称超级电容器0.5A/g时的比电容为22F/g，并且具有较好的柔性性能。
图6为实施例2、实施例4、实施例5、实施例6的聚苯胺/竹纤维/MXene三元复合柔性电极在扫速为100mV/s的CV图；由图6可以看出，在扫速相同的情况下，实施例2的面积最大，说明竹纤维和聚苯胺的添加能有效增大MXene的层间距，但过量的竹纤维和聚苯胺自身会出现团聚现象，导致层间距变小，离子通道减少，从而减小比电容。
图7为实施例2、实施例9、实施例10的复合柔性电极的在1A/g电流密度下的恒电流充放电(GCD)图，由图7可以看出，随着苯胺浓度的增加，苯胺能够为电极表面提供更多的活性位点，电极的比电容也随之增大。恒电流充放电曲线呈现对称等腰三角形，充放电时间相同，表明其充放电过程具有良好的可逆性，且无明显的电压升和电压降，表明电极充放电性能良好。
Claims (7)
1.一种聚苯胺/竹纤维/MXene复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将竹片放入氢氧化钠和亚硫酸钠的混合溶液中，加热进行化学氧化处理，水洗，真空干燥，粉碎得到多孔竹纤维粉末；多孔竹纤维粉末的粒径≤74μm；
（2）将多孔竹纤维粉末超声分散在去离子水中，加入MXene粉末，继续超声处理，得到竹纤维/MXene分散液；所述MXene粉末为Ti3C2TX粉末，所述竹纤维/MXene分散液中的多孔竹纤维粉末的浓度为0.5-25g/L，所述竹纤维/MXene分散液中多孔竹纤维粉末与MXene粉末的质量比为100:1-1:10；
（3）在竹纤维/MXene分散液中加入含有苯胺的硫酸溶液，在冰水浴下搅拌混合分散，滴加过硫酸铵的水溶液，聚合反应，抽滤、洗涤、干燥，得到聚苯胺/竹纤维/MXene复合材料，所述含有苯胺的硫酸溶液中硫酸的浓度为0.5-5mol/L，苯胺的浓度为0.01-10mol/L；所述过硫酸铵与苯胺的摩尔比为10:1-1:10。
2.根据权利要求1所述的聚苯胺/竹纤维/MXene复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述混合溶液中氢氧化钠浓度为0.5-5mol/L，所述混合溶液中亚硫酸钠浓度为0.1-5mol/L，所述混合溶液中氢氧化钠与亚硫酸钠的摩尔比为100:1-1:1，所述竹片与混合溶液的固液比为10-100g/mL，加热进行化学氧化处理是加热煮沸1-10h。
3.根据权利要求1所述的聚苯胺/竹纤维/MXene复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述超声处理的时间为30-120min。
4.根据权利要求1所述的聚苯胺/竹纤维/MXene复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，聚合反应的时间为1-6h。
5.权利要求1-4任一项所述制备方法得到的聚苯胺/竹纤维/MXene复合材料。
6.一种聚苯胺/竹纤维/MXene复合柔性电极，其特征在于，包括权利要求5所述的聚苯胺/竹纤维/MXene复合材料。
7.一种固态柔性对称超级电容器，其特征在于，包括权利要求6所述的聚苯胺/竹纤维/MXene复合柔性电极。
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