制备超级电容器柔性可弯曲薄膜电极的方法_2

文档序号:9275555阅读:来源:国知局
在酸性条件下处理,I h后再次添加同量亚氯酸钠,同样的酸性条件下处理,此步骤重复4?7次,以脱除大部分木质素,制得综纤维素;
(2)配制1.5?3wt%的氢氧化钾溶液,在90°C下处理第I步获得的综纤维素2?4 h,以脱除其中的大部分半纤维素;
(3)用I?1.5 wt%亚氯酸钠在酸性条件下处理上述所得溶液I?2 h,并进一步用5?7 wt%的氢氧化钾于90°C下对所得纤维素进行纯化处理3?5 h,以除去木质素和半纤维素,从而获得纯化的纤维素;
(4)采用I?1.2wt%的盐酸溶液,在80?95°C下处理第3步获得的纯化纤维素2?
3 h ;
(5)将第4步获得的纯化纤维素配成浓度为0.8?1.2 wt%的水悬浊液,研磨处理5?15分钟,得到直径在9?30nm的纳米纤维素;
步骤(I)和(3)中所述的酸性条件下是采用冰乙酸滴定,控制pH在4?5之间。
[0013]所述的步骤b)纳米纤维素与碳纳米管混合分散液的制备,其方法包括:
(1)精确称量15?30mg的碳纳米管加入250ml去离子水中;
(2)称量十二烷基苯磺酸钠60?150mg,加入(I)溶液,玻璃棒搅拌I?3分钟;
(3)将(2)得到的碳纳米管悬浮液放置冰水浴中,利用超声细胞粉碎机超声处理25?45分钟,超声后的溶液呈现均匀分散的状态; (4)将步骤(3)得到的碳纳米管分散液250ml放置冰水浴中;
(5)取步骤a)所得的0.8?1.2wt%的纳米纤维素2?3g加入到步骤(4)所得分散液中,利用超声细胞粉碎机超声混合30?50分钟。
[0014]步骤(3)所述的超声处理是指超声作用时间为ls,间隙2s,超声功率800?100ffo
[0015]步骤(5)所述的超声混合是指超声作用时间为ls,间隙2s,超声功率500?1000W,在超声混合中,十二烷基苯磺酸钠不仅有效地分散了碳纳米管,对纳米纤维素也具有有效的分散作用。
[0016]所述的步骤c)三元复合气凝胶薄膜电极的制备,其方法包括:
(1)用量筒精确量取10?30ml的盐酸加入到步骤b)的混合分散液中,置于三角锥形瓶中;
(2)用胶头滴管滴加称量0.5g?Ig的聚合物单体到(I)所得混合溶液中,密封搅拌I?3小时;
(3)配置0.5?1.5mol/L的盐酸溶液50?80ml,其中添加1.2g?2.2g引发剂,玻璃棒搅拌至完全溶解;
(4)将锥形瓶放置恒温水浴锅中,在锥形瓶外侧加入冰块,待温度降至零摄氏度,将(3)所制备的引发剂酸溶液用恒压漏斗逐滴滴加到锥形瓶中,反应3?24小时,搅拌始终,反应结束,用乙醇和去离子水交替洗涤多次去除低聚物,最后用去离子水洗涤除去乙醇;
(5)将洗涤好的复合体系置入烧杯,加去离子水100ml,放置冰水浴中,利用超声细胞粉碎机超声分散处理30?50分钟,得到分散液;
(6)将(5)所得分散液置入合适的培养皿中,冰箱冷冻18?36小时,利用冷冻干燥机冷冻干燥处理得到三元复合气凝胶;
(7)利用冷压机在I?2MPa压力下冷压处理(6)所得三元复合气凝胶制得气凝胶薄膜电极;
步骤(2)所述聚合物单体优选为苯胺单体;
步骤(3)所述引发剂优选为过硫酸铵;
步骤(5)所述的超声分散处理是指超声作用时间为ls,间隙2s,超声功率400?700W。
[0017]所述的生物质原料通过简单化学机械法制备纳米纤维素中的生物质原料是指含有植物纤维素的生物质材料,碳纳米管包括单壁碳纳米管和多壁碳纳米管,三元复合中的三元包括生物质纳米纤维素,碳纳米管及导电聚合物,其中导电聚合物可以为导电聚吡咯,导电聚苯胺,导电聚噻吩及导电聚吡啶具有导电活性的聚合物之一。
[0018]所述的生物质原料通过简单化学机械法制备纳米纤维素中的生物质原料通过简单化学机械法制备纳米纤维素,所述的简单化学机械法是仅仅使用三种化学药品:亚氯酸钠、氢氧化钾及盐酸就可以达到很好的解纤作用,而机械法仅仅使用研磨机,相比于酶解法、均质法及超声法,更加地有效果、有效率、对原料的要求更低及最有可能实现工业化生产。
[0019]所述的生物质原料通过简单化学机械法制备纳米纤维素中的步骤(4)采用I?
1.2wt%的盐酸解纤,是因为纤维素大分子链具有结晶区和非结晶区区,结晶区分子链之间距离小于0.3nm,分子链之间通过羟基形成氢键牢固结合,非结晶区距离较大,分子链之间通过范德华力结合,盐酸可以浸入无定形区,将非结晶区润张,同时也会将结晶区分子链的间距拉大,使大部分氢键破坏形成范德华力,起到解纤的作用,然后通过机械剪切得到纳米纤维素。
[0020]所述的生物质原料通过简单化学机械法制备纳米纤维素中的步骤(5)研磨处理是采用研磨机使用“一步研磨法”得到纳米纤维素,研磨的转速为1500r/min,刻度在-0.2mm?-0.15mm之间,经过盐酸处理,纤维素分子链被润张打开,再加上研磨机磨石的高速转动,产生较大离心力和剪切力,纤维素微纤丝之间的结合力被破坏,通过一次研磨便可以制备出具有较高长径比的纳米纤维素。
[0021]所述的三元复合气凝胶薄膜电极的制备方法中步骤(6)采用冷冻干燥处理,是因为冷冻干燥的方法将水分升华,保留三元复合气凝胶的孔隙结构,避免烘干干燥法对电极孔隙结构的破坏。
[0022]所述的三元复合气凝胶薄膜电极的制备方法中的步骤(7)采用I?2MPa压力下冷压处理,是因为I?2MPa压力下冷压处理不会形成致密结构,会保留疏松的层状结构,比采用真空抽滤法制膜的致密层结构更容易吸收电解液,大大地减小电荷转移内阻。
[0023]实施例1
竹质纳米纤维素的制备:其步骤包括,
(1)筛取40?60目的毛竹竹粉,通风橱风干;
(2)使用电子天平精确称取10g竹粉置于烧杯中,加500ml去离子水;
(3)用1.02wt%的亚氯酸钠处理,滴定冰醋酸调节溶液酸性,pH保持在4?5。处理I h后再次添加同量亚氯酸钠,并滴定冰醋酸以调节酸性,此步骤重复5次,以脱除大部分木质素,制得综纤维素;
(4)配制2wt%的氢氧化钾溶液,在90°C下处理第3步获得的综纤维素3h,以脱除其中的大部分半纤维素;
(5)重复步骤(3)和(4),用亚氯酸钠在酸性条件下(pH4?5,冰醋酸调节)处理上述所得溶液2 h,并进一步用5 wt%的氢氧化钾于90°C下对所得纤维素进行纯化处理3 h,以除去木质素和半纤维素,从而获得纯化纤维素;
(6)采用lwt%的盐酸溶液,在85°C下处理第5步获得的纯化纤维素3h ; (7)将第步骤6获得的纯化纤维素配成浓度为lwt%的水悬浊液,研磨处理10分钟(转速为1500r/min,刻度为-0.15mm),得到直径在10?30nm的纳米纤维素。
[0024]纳米纤维素与碳纳米管混合分散液的制备:其步骤包括,
(1)精确称量25mg的多壁碳纳米管加入250ml去离子水中;
(2)称量十二烷基苯磺酸钠125mg,加入(I)溶液,玻璃棒搅拌5分钟;(3)将步骤(2)得到的碳纳米管悬浮液放置冰水浴中,利用超声细胞粉碎机超声处理30分钟(超声作用时间ls,间隙2s,功率960W),超声后的溶液呈现均匀分散的状态;
(4)取碳纳米管分散液250ml放置冰水浴中;
(5)取所制备的lwt%的纳米纤维素2.5g加入到(4)的分散液中,利用超声细胞粉碎机超声混合30分钟(超声作用时间ls,间隙2s,功率960W)。
[0025]三元复合气凝胶薄膜电极的制备:其步骤包括,
(I)用量筒精确量取Ilml的盐酸加入到纳米纤维素和碳纳米管的混合分散液中,置于三角锥形瓶内;
(2)用胶头滴管滴加称量0.5g的苯胺单体到步骤(I)所得酸溶液中,密封搅拌2小时;
(3)配置0.5mol/L的盐酸溶液,其中添加1.23g过硫酸铵,玻璃棒搅拌至完全溶解;
(4)将锥形瓶放置恒温水浴锅中,在锥形瓶外侧加入冰块,待温度降至零摄氏度,将步骤(3)所制备的过硫酸铵酸溶液用恒压漏斗逐滴滴加到锥形瓶中,反应6小时,搅拌始终;
(5)反应结束,用乙醇和去离子水交替洗涤多次去除低聚物,最后用去离子水洗涤除去乙醇;
(6)将洗涤好的复合体系置入烧杯,加去离子水10ml,放置冰水浴中,利用超声细胞粉碎机超声分散30分钟(超声作用时间ls,间隙2s,功率600W),得到分散液;
(7 )将步骤(6 )所得分散液置入合适的培养皿中,冰箱冷冻24小时,利用冷冻干燥机冷冻干燥处理得到三元复合气凝胶;
(8)利
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