[发明专利]一种柔性导电复合棉线及其制备方法

说明书

一种柔性导电复合棉线，是一种核壳结构，具体是以棉线为内核，棉线表面包覆多孔石墨烯层和银纳米颗粒组成的石墨烯/银纳米颗粒复合膜，银纳米颗粒分布在石墨烯层状结构中，最外层是由银纳米颗粒组成的连续银膜。本发明制备的核壳结构的柔性导电复合棉线具有优异的柔韧性和导电性，其电阻低至2Ωcm^‑1；作为柔性线状电极，在三电极体系中0.5 mA cm⁻¹电流密度下其长度比电容和体积比电容分别高达15.1 mF cm⁻¹和11.5 F cm⁻³，储能性能优异；当电流密度增加至2.5 mA cm⁻¹时，其长度比电容和体积比电容依然保持有6.6 mF cm⁻¹和5.7 F cm⁻³，电极具有良好的倍率特性；反复充放电10000次以上，电容基本无损失。

技术领域

本发明涉及柔性导电材料制备技术领域，具体涉及一种柔性导电复合棉线及其制备方法。

背景技术

柔性线状超级电容器得益于良好的柔韧性、小的体积和尺寸以及易于加工成各类形状和易于整合至小型设备中的显著特点而被认为是非常有前景的储能装置。着眼于此，人们一方面借助现成的线状集流体，如各种金属丝作为基底，然后于表面负载上电活性物质以获得柔性线状电极并构筑出相应器件。虽然这些集流体在一定程度上赋予线状电极较好的导电性，但是自身没有存储电荷的能力，同时可编织性较差，成本也较高，这对进一步开发轻质、高性能、好加工、易集成的柔性储能元件来说依然是不小的阻碍。

作为最具代表性的织物，棉线兼具种类多样、廉价易得、质轻柔韧、透气舒适、粗细可调和机械强度高等多重优点，更为重要的是其纺织工艺特别成熟，易于大规模开发与集成整合。不过，将棉线发展成柔性线状电极和器件并非易事，最大阻碍便是其本身的绝缘性。有鉴于此，如何使棉线产生良好导电性和进一步赋予其优异电化学储能性质进而开发出高性能的基于棉线的柔性线状电极和超级电容器是目前储能领域的重点问题，亦是难点所在。虽然专利CN108962619A采用纤维与氧化石墨烯混合打碎，先还原生成银单质，再通过水合肼蒸汽还原氧化石墨烯，形成导电复合薄膜，该方法中纤维被料理机破碎成微纳米级，充分融合在石墨烯的片层结构中，而棉线纤维是一种直径达到毫米级别、肉眼可见的线状结构，与生成的氧化石墨烯/银复合材料的结合力较差，容易从线状结构表面脱落，使其导电性能低、稳定性差、使用寿命短。

发明内容

本发明目的在于提供一种柔性导电复合棉线。该核壳结构的复合棉线具有优异的柔韧性、导电性能、储能性能和倍率特性。

本发明目的在于提供上述柔性导电复合棉线的制备方法。有效保证线状结构不被破坏，同时提高了棉线内核和复合壳层的结合力、以及石墨烯和银之间的结合力。

本发明目的通过如下技术方案实现：

一种柔性导电复合棉线，其特征在于：所述柔性导电复合棉线是一种核壳结构，具体是以棉线为内核，棉线表面包覆多孔石墨烯层和银纳米颗粒组成的石墨烯/银纳米颗粒复合膜，银纳米颗粒分布在石墨烯层状结构中，最外层是由银纳米颗粒组成的连续银膜。

进一步，上述柔性导电复合棉线中，按质量百分比计，棉线占比30~90%，所述石墨烯占比5~40%，所述银纳米颗粒占比5~45%。

一种柔性导电复合棉线的制备方法，其特征在于：是在棉线表面涂覆氧化石墨烯分散液，干燥后置于银氨溶液中浸泡，在湿润状态下悬空于装有氢碘酸和乙醇的混合溶液的上空，密封后先在75~85℃下保温30~40min，然后将温度降至50~60℃保温5~6h。