[发明专利]一种石墨烯基串联线状超级电容器的制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯基串联线状超级电容器的制备方法，其特征在于，利用间断复合导电活性材料而使纱线局部导电，从而形成连续的绝缘与导电间隔排布的纱线，在绝缘纱线处涂上胶体电解液即可直接组装成多个超级电容器串联器件。该器件体积小，输出电压高，并且柔性好，制备工艺简单，易于操作。

技术领域

本发明涉及一种石墨烯基串联线状超级电容器的制备方法，具体涉及一种连续导电-绝缘间断纱线和超高输出电压线状超级电容器的制备方法，属于纺织和电化学技术领域。

背景技术

近年来，可穿戴器件飞速发展，并且在智能皮肤、健康监护、可牵伸回路等领域展现出广阔的应用前景，因此给其供电的能量源显得尤为重要。可充电电池作为能量储存器件，因其高的能量密度而得到广泛运用，但低的功率密度和较差的循环稳定性能正在限制它的发展，且其柔性差，在可穿戴电子器件运用上面受到限制。线状超级电容器作为一种柔性能量源，质轻、功率密度高、循环寿命长、体积小、柔软可织，然而和电池或平板电容器相比，线状超级电容器低的能量密度限制了其进一步应用。

对于超级电容器，其能量密度主要取决于比电容和电势窗口范围，为了提高其电势窗口，可将多个器件串联集成。有学者通过将单倍长的导电聚合物纤维螺旋缠绕在弹性纱线上，其中一部分涂覆凝胶电解液作为第一个超级电容器的内电极，剩余部分作为导线，将一股双倍长的导电聚合物纤维一部分缠绕在第一个超级电容器的内电极外作为外电极，剩余部分螺旋缠绕在该弹性纱线上。该双倍长的导电聚合物剩余部分同样一部分表面涂覆凝胶电解液作为第二个超级电容器的内电极，剩余部分作为导线连接两个相邻的超级电容器。重复此步骤，再在每段导线表面涂覆弹性凝胶电解液，即可得到多个超级电容器串联的线状超级电容器组一体化器件(CN106592009)。

目前为止，直接在一根纱线上形成导电和绝缘部分，再在绝缘处涂上电解质制成超级电容器，形成的串联集成器件柔性好、可织且输出电压高的方法仍未见报道，该制备方法操作简单，成本低，因此可以广泛应用于线状超级电容器领域。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有超级电容器制备过程复杂，柔性差、不可织、体积大、输出电压低等缺点。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案为：一种石墨烯基串联线状超级电容器的制备方法，其特征在于，利用间断复合导电活性材料而使纱线局部导电，从而形成连续的绝缘与导电间隔排布的纱线，在绝缘纱线处涂上胶体电解液即可直接组装成多个超级电容器串联器件。

优选地，上述制备方法包括以下步骤：

步骤1)：利用Hummers法制备氧化石墨烯，将制得的氧化石墨烯分散液磁力搅拌浓缩至凝胶状，转移至培养皿中备用；

步骤2)：将绝缘纱线S形缠绕于中空矩形支架上，将支架的下端浸入氧化石墨烯中，30-60分钟后取出，用去离子水洗涤去除浮于表面的氧化石墨烯，放入30-50℃烘箱中烘干；重复2-10次，使氧化石墨烯充分且均匀地附着于绝缘纱线表面；

步骤3)：将制得的氧化石墨烯长丝进行局部还原，制成连续的绝缘与导电间隔排布的纱线；

步骤4)：将连续的绝缘与导电间隔排布的纱线的绝缘处涂上胶体电解液，静置12-24小时晾干后，制成石墨烯基串联线状超级电容器。

更优选地，所述步骤1)中磁力搅拌的温度为40℃，过高则会导致氧化石墨烯碳化，过低则水分挥发速度慢。

更优选地，所述步骤2)中支架的材质为金属丝，其表面包裹保鲜膜后再缠绕绝缘纱线，避免金属丝表面氧化物污染纱线；绝缘纱线的材质为天然纤维或合成纤维。

更优选地，所述天然纤维为棉、羊毛或蚕丝；合成纤维为涤纶、锦纶或腈纶。