石墨烯、导电性纤维复合材料及其与多级孔碳复合材料的制备方法、其产品及应用与流程

文档序号:11136255阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种石墨烯与导电性纤维复合的方法,其特征在于:采用电化学和气流扰动相结合的方式将大集束导电性纤维铺展开,导电性纤维丝束平放在多孔膜上,导电性纤维作为负极,导电引线作为正极,石墨烯分散在电解液中,电解液附着并润湿导电性纤维和膜界面,通电电解产生气泡,同时在垂直于电解液的液面上方施加气流扰动,动态控制阴阳电极的间距,驱动液固和纤维运动散开,控制液体的量和液固界面作用,使得纤维展丝并同时与石墨烯复合,然后除去电解液,石墨烯与纤维复合膜干燥后解离多孔膜,得到石墨烯与导电性纤维复合材料。

2.根据权利要求1所述的石墨烯与导电性纤维复合的方法,其特征在于:所述导电性纤维为:碳纤维或石墨烯纤维;所述导电引线为:石墨纸、高温处理过的石墨烯膜、Ti网或泡沫镍中的至少一种;所述电解液为:H2SO4、NaOH、Na2SO4或(NH4)2SO4中的至少一种;电解液的质量浓度为:5%~25%;所述石墨烯在电解液中的浓度为:0.1~10 mg/mL。

3.根据权利要求1所述的石墨烯与导电性纤维复合的方法,其特征在于:所述电解的电压为3~40 V,电流为:0.02 A~0.9 A,时间为:5~10 min;电解放出气体的速度为1.0~10 ml/cm2·s。

4.根据权利要求1所述的石墨烯与导电性纤维复合的方法,其特征在于:采用电化学和气流扰动相结合的方式将大集束导电性纤维铺展开的具体操作为:先将待展丝的导电性纤维平放在一张干净的PP膜上,然后倒入电解液至纤维完全浸润,将导电性纤维集束作为负极,正极为条状导电物质,采用单负极、双正极的充电模式对其进行充电,同时,在垂直于电解液面的上方送入气流扰动;气流强度为:250~1200 W,气流出口与液面距离:10~20 cm,气流扰动面积:400~600 cm2

5.一种权利要求1~4任一项所述的石墨烯与导电性纤维复合的方法制备出的产品。

6.根据权利要求5所述的产品,其特征在于:复合膜的厚度控制在45微米以内,膜拉伸强度达3.0 GPa以上。

7.一种石墨烯、导电性纤维和多级孔碳复合材料的制备方法,其特征在于:首先将石墨烯与导电性纤维复合,复合方法按照权利要求1~4任一项所述的方法进行,待石墨烯与导电性纤维的复合膜干燥后,将含有石墨烯、活性炭炭源和化学活化剂的混合浆料均匀涂覆在所述复合膜的两表面,最后进行干燥、活化、酸洗、水洗。

8.根据权利要求7所述的石墨烯、导电性纤维和多级孔碳复合材料的制备方法,其特征在于:所述活性炭炭源采用的是生物质炭源,包括微晶纤维素、羧甲基纤维素钠、沥青、柳絮中的至少一种;所述化学活化剂为:NaOH、KOH、ZnCl2、CaCl2中的至少一种。

9.根据权利要求7所述的石墨烯、导电性纤维和多级孔碳复合材料的制备方法,其特征在于:所述混合浆料的制备过程包括:

(1)将石墨烯与活性炭炭源均匀混合搅拌10~14 h,然后离心洗涤多次,60~80 ℃真空烘干,然后用5~9 mol/L的化学活化剂浸泡20~28 h后离心除掉多余的化学活化剂;

(2)将含有石墨烯-活性炭炭源-化学活化剂的混合浆料进行水热处理即得石墨烯-活性炭炭源-化学活化剂三者的混合浆料。

10.根据权利要求9所述的石墨烯、导电性纤维和多级孔碳复合材料的制备方法,其特征在于:所述石墨烯与活性炭炭源的质量比为:4 ~35 :100;所述水热处理条件为:150~190 ℃烘箱中水热处理4~8 h。

11.根据权利要求7所述的石墨烯、导电性纤维和多级孔碳复合材料的制备方法,其特征在于:所述混合浆料直接涂覆在均匀的石墨烯/导电性纤维复合膜两侧表面,混合浆料涂覆在石墨烯/导电性纤维复合膜上干燥后,经过化学活化方式得到活性炭。

12.根据权利要求11所述的石墨烯、导电性纤维和多级孔碳复合材料的制备方法,其特征在于:所述化学活化方式为:将干燥好的附着有石墨烯-活性炭炭源-化学活化剂的复合膜放入高温管式炉中,在Ar保护下500~650 ℃活化0.5~1.5 h,即得到石墨烯-活性炭-导电性纤维复合膜。

13.根据权利要求7所述的石墨烯、导电性纤维和多级孔碳复合材料的制备方法,其特征在于:所述酸洗、水洗过程为将石墨烯-活性炭-碳基纤维复合膜用0.1~0.5 mol/L的HCl和去离子水洗涤,先进行HCl洗,然后用水洗直至pH为7,干燥后得到石墨烯、导电性纤维和多级孔碳复合材料。

14.一种权利要求7~13任一项所述的石墨烯、导电性纤维和多级孔碳复合材料的制备方法制备出的产品。

15.根据权利要求14所述的产品,其特征在于:产品的拉伸强度为3.0 GPa以上、比表面积为800 m2/g以上、超级电容的比电容为最高可达144 F/g。

16.一种权利要求14所述的产品在超级电容器中的应用。

17.根据权利要求16所述的应用,其特征在于:所述超级电容器的制备方法为:将石墨烯、导电性纤维和多级孔碳复合材料冲裁成直径为9 mm的圆片,然后采用“三明治”结构,将碳复合材料-隔膜-碳复合材料层层组装,最后放入自制的圆柱形模具中,滴加电解液封装。

18.一种权利要求14所述的产品在超轻量汽车中的应用。

19.根据权利要求18所述的应用,其特征在于:将石墨烯、导电性纤维和多级孔碳复合材料应用在超轻量汽车中具体方式为:将所制的石墨烯、导电性纤维和多级孔碳复合材料层层铺设,组装成柔性超级电容器,该超级电容器具有抗震的功能,放置成型模具中,进行预成型加工;然后应用在超轻量汽车中,用石墨烯、导电性纤维和多级孔碳复合材料组成的柔性电容器作为汽车车身覆盖件。

20.根据权利要求19所述的应用,其特征在于:所述车身覆盖件包括:前舱盖、顶盖、后舱盖、左右侧围中的一种或几种。

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