[发明专利]碳纳米管/石墨烯组装碳纤维复合叠层结构木陶瓷电极及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种碳纳米管/石墨烯组装碳纤维复合叠层结构木陶瓷电极及其制备方法和应用，该制备方法包括以下步骤：以竹粉和竹纤维为基料，以热固性水性酚醛树脂为胶黏剂，加入碳纤维后，经压制得到芯层材料；以竹薄木为夹层材料，依次交替叠加一层夹层材料、一层芯层材料形成叠成结构，经热压、真空烧结，得到碳纤维复合竹基叠层结构木材陶瓷基体材料；再通过真空加压浸渍沉积组装碳纳米管和石墨烯，得到聚吡咯锚定的碳纳米管/石墨烯组装碳纤维复合叠层结构木陶瓷电极。本发明的碳纳米管/石墨烯组装碳纤维复合叠层结构木陶瓷电极，具有绿色环保、化学性能稳定、循环使用寿命长、比电容大等优点，具有很好的实用价值。

技术领域

本发明属于新能源超级电容器技术领域，具体涉及一种碳纳米管/石墨烯组装碳纤维复合叠层结构木陶瓷电极及其制备方法和应用。

背景技术

生物质材料作为一种可再生资源，来源广泛、价格低廉，生物质材料用于电极材料历史悠久。近年来，智能电子产品发展迅速，移动终端、智能可穿戴装备等对储能电极的要求向着高能量与高功率密度方向发展。目前，利用生物质材料的层级孔隙结构，通过人工耦合制备先进储能材料在能源领域备受关注。然而，以生物质材料为原料，现有的制备方法所制备的生物质块状炭基电极，存在脆性大、比电容小等不足。因此，如何获得一种安全、高效、廉价、稳定、大比电容的电极材料，对于实现清洁低碳和绿色高效能源的储存与转化具有十分重要的现实意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种绿色环保、化学性能稳定、循环使用寿命长、比电容大的碳纳米管/石墨烯组装碳纤维复合叠层结构木陶瓷电极及其制备方法和应用。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。

一种碳纳米管/石墨烯组装碳纤维复合叠层结构木陶瓷电极的制备方法，包括以下步骤：

(1)以竹粉和竹纤维为基料，以热固性水性酚醛树脂为胶黏剂，加入碳纤维后，经压制得到芯层材料；所述碳纤维的长度5mm；

(2)以竹薄木为夹层材料，依次交替叠加一层夹层材料、一层芯层材料形成叠成结构，经热压，得到坯料；

(3)将步骤(2)中得到的坯料在850℃～1200℃进行真空烧结，得到碳纤维复合竹基叠层结构木材陶瓷基体材料；

(4)将导电聚合物单体、乙醇和水混合，得到混合溶液A；所述导电聚合物单体为吡咯；将碳纳米管和石墨烯混合，得到混合物；将混合物、混合溶液A和分散剂混合，经分散，得到混合溶液B；

(5)将步骤(3)中得到的碳纤维复合竹基叠层结构木材陶瓷基体材料浸入步骤(4)得到的混合溶液B中，进行真空加压浸渍，得到木陶瓷样品；

(6)将步骤(5)中得到的木陶瓷样品浸入水中，滴加双氧水，搅拌，洗涤，干燥，得到聚吡咯锚定的碳纳米管/石墨烯组装碳纤维复合叠层结构木陶瓷电极。

上述的制备方法，优选的，步骤(4)中，所述水、乙醇和导电聚合物单体的质量比为100∶20∶1～10。

上述的制备方法，优选的，步骤(4)中，所述碳纳米管和石墨烯的质量比为1∶1，所述混合物、混合溶液A和分散剂的质量比为10∶100∶0.5，所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠。

上述的制备方法，优选的，步骤(2)中，所述芯层材料的厚度为0.5mm～2mm，所述竹薄木的厚度为0.3mm～0.6mm。

上述的制备方法，优选的，步骤(5)中，所述真空加压浸渍的具体过程为：

S1、将碳纤维复合竹基叠层结构木材陶瓷基体材料置于浸渍装置中，抽真空至-0.09MPa，保持30min；

S2、将混合溶液B加入浸渍装置中，保持60min，然后加压至0.7MPa，继续保持60min，取出基体材料；