[发明专利]一种非对称纤维状柔性超级电容器的制备方法

说明书

本发明公布了一种非对称纤维状柔性超级电容器的制备方法，属于超级电容器技术领域。该发明采用聚3,4‑乙烯二氧噻吩/聚苯胺(PEDOT/PANI)作为正极，MXene/rGO作为负极。其中高电活性PANI的加入提高了纤维的整体电容，稳定的PEDOT水凝胶框架提供了丰富的离子扩散通道和快速的电子转移途径；MXene由于其优异的电化学性质和金属导电性，在电化学储能和许多其他应用中显示出优异的性能，适量的rGO作为粘结剂使MXene材料保持纤维形态。正负极组装后得到的非对称纤维状超级电容器体积小，具有较宽的工作电压窗口和优异的能量密度和功率密度以及较好的柔性，适用于便携式储能和柔性可穿戴领域。

技术领域

本发明属于非对称纤维超级电容器技术领域，具体涉及一种非对称纤维状柔性超级电容器的制备方法，是一种具有宽电压窗口的非对称纤维状柔性超级电容器的制备方法。

背景技术

超级电容器以其独特的性能和巨大的发展潜力在众多电源领域引起了广泛的关注。根据储能机理，一般将超级电容器分为双电层超级电容器和赝电容超级电容器。双电层超级电容器通常由多孔碳材料组成，可以在电极/电解质的丰富界面上物理聚集大量电荷，这一特性使双电层超级电容器能够快速充放电，同时具有优异的循环稳定性。然而双电层超级电容器的比电容相对较低。在赝电容电容器中，活性物质通过电极材料与电解质离子在电极表面或附近，发生快速可逆的氧化还原反应，从而产生电容，由于反应发生在电极材料的表面和体相中，赝电容器的电容高于双电层电容，但其循环稳定性一般没有双电层电容器好。因此非对称超级电容器由于结合了双电层超级电容器和赝电容超级电容器的优点，近年来得到了广泛的研究。典型的非对称超级电容器(ASCs)具有良好的电化学性能，如较宽的工作电压窗口、合适的电容、较高的能量密度和功率密度。

近年来，由于可穿戴便携电子设备在医疗、军事、户外等领域的快速发展，要求储能装置小型化，柔性和高能量密度。为了达到这个目的，纤维状超级电容器(FSCs)由于其体积小，灵活性高，充放电快和机械性能稳定等优点越来越受到人们的青睐，但是，纤维超级电容器的能量密度相对较低限制了它们的实际应用。

MXene是一种新兴的二维过渡金属碳化物或氮化物家族，其通式为M_n+1X_nT_x，其中M为过渡金属，X为碳或氮，n为1～4之间的整数，T_x表示表面官能团。MXene由于其具有独特的金属导电性，可调的表面官能团，使其在电化学领域中展示出巨大的前景。

商业的导电聚合物分散体聚3,4-乙烯二氧基噻吩：聚4-苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)因其溶液可加工性、较高的赝电容以及良好的离子电导率和电子电导率而备受关注。导电聚合物的离子导电性能可以促进电解质离子扩散，酸处理后的PEDOT:PSS的导电性可达～4000S cm^-1，能促进电极内电子的快速转移。因此，最近报道的复合处理后的PEDOT:PSS是一种很有前途的纤维电极的候选材料，然而纯的PEDOT纤维因其有限的电容仍然不能满足高性能纤维超级电容器的要求。因此以PEDOT为基质和其他高电活性赝电容材料混合而成的杂化纤维电极被迫切需要。

发明内容