一种碳/玻璃纤维织物超级电容器电极的制备方法与流程

本发明涉及电能储能技术领域，具体为一种碳/玻璃纤维织物超级电容器电极的制备方法。

背景技术：

能源危机与环境污染问题极大的影响着人类社会发展，开发绿色环保的新能源成为当务之急。超级电容器作为一种新型储能器件，具有较高功率密度，良好的循环稳定性，能瞬时大电流放电，其高效的能量存储可使资源利用最优化和环境污染最小化，实现可持续发展。超级电容器电极材料的性能直接决定了电容器器件的储能性质，因此，电极材料的制备成为超级电容器研究的重点。超级电容器是指介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置，它既具有电容器快速充放电的特性，同时又具有电池的储能特性。根据储能机理分类，超级电容器分为双电层电容器和赝电容电容器。

超级电容器通过电极与电解质之间形成的界面双层来存储能量，当电极与电解液接触时，由于库仑力、分子间力及原子间力的作用，在固液界面出现稳定且符号相反的双层电荷，称其为界面双层，把双电层超级电容看成是悬在电解质中的两个非活性多孔板，电压加载到两个板上，加在正极板上的电势吸引电解质中的负离子，负极板吸引正离子，从而在两电极的表面形成了一个双电层电容器。导电织物(如碳纤维织物)凭借良好的导电性与力学性能广泛应用于双电层电容器，已有部分研究将碳纤维织物用于制备超级电容器电极或集流体，且具有优秀的电容性能，但碳纤维织物生产效率低，过程复杂且成本高，一定程度上限制了其在储能领域的应用与商品化，因此，研究低成本、电导率高、电容性能良好的纤维织物电极具有重要意义。

技术实现要素：

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种碳/玻璃纤维织物超级电容器电极的制备方法，解决了现有碳纤维织物生产效率低，过程复杂且成本高，一定程度上限制了其在储能领域的应用与商品化的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种碳/玻璃纤维织物超级电容器电极的制备方法，具体包括以下步骤：

s1、配置一定浓度单宁酸水溶液a，并通过搅拌使其完全溶解；

s2、将玻璃纤维织物用无水乙醇超声清洗后烘干得到织物a；

s3、将织物a浸泡于溶液a中，随后烘干得到织物b；

s4、将织物b转移至管式炉中在保护气体下800-1000℃碳化1-3h，优选在800℃下碳化2h；

s5、待管式炉冷却到室温后得到碳/玻璃纤维织物电极。

优选的，所述步骤s1中单宁酸水溶液浓度为0.4g/ml。

优选的，所述步骤s2中玻璃纤维织物软化点接近1650℃，可长期在900-1000℃环境下使用，厚度0.26mm，超声清洗时间为30min。

优选的，所述步骤s3中织物a浸泡在溶液a中30s，烘干温度为80℃。

优选的，所述步骤s4中保护气体为氮气，流速为20ml/min，管式炉升温速率为10℃/min。

优选的，所述步骤s5中冷却方式为随炉冷却，氮气流速为20ml/min。

(三)有益效果

本发明提供了一种碳/玻璃纤维织物超级电容器电极的制备方法。与现有技术相比具备以下有益效果：该碳/玻璃纤维织物超级电容器电极的制备方法，通过在具体包括以下步骤：s1、配置一定浓度单宁酸水溶液a，并通过搅拌使其完全溶解，s2、将玻璃纤维织物用无水乙醇超声清洗后烘干得到织物a，s3、将织物a浸泡于溶液a中，随后烘干得到织物b，s4、将织物b转移至管式炉中在保护气体下800-1000℃碳化1-3h，优选在800℃下碳化2h，s5、待管式炉冷却到室温后得到碳/玻璃纤维织物电极，可实现通过将玻璃纤维织物浸泡在单宁酸溶液中并烘干得到包覆富碳物的织物，进一步高温碳化得到包覆有碳的织物，其具有良好的导电性，将该织物直接作为超级电容器电极，具有优秀的电容性能，制备过程简单，成本低，碳材料直接包覆在非导电织物表面，形成导电网络结构，制备的织物电极结构完整，表面活性物质比表面积大，利用率高，极大的提升了电容性能，本发明碳/玻璃纤维织物超级电容器电极的制备是一种简单、高效、低成本且环境友好的方法。

附图说明

图1为实施例1制备的碳/玻璃纤维织物电极在不同扫描速率10-100mv/s下的循环伏安图；

图2为实施例1制备的碳/玻璃纤维织物电极在不同电流密度1-8ma/cm²下的恒电流充放电图；

图3为实施例1制备的碳/玻璃纤维织物电极在电流密度8ma/c㎡下的循环稳定性图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明实施例的一部分，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，本发明实施例提供三种技术方案：一种碳/玻璃纤维织物超级电容器电极的制备方法，具体包括以下实施例：

实施例1

制备单宁酸/玻璃纤维织物：取4g单宁酸，搅拌使其完全溶解于10ml去离子水中，将无水乙醇超声清洗后并烘干得到的玻纤织物浸泡在上述溶液中30s，随后置于80℃烘箱中烘干，得到单宁酸/玻璃纤维织物，将单宁酸/玻璃纤维织物转至管式炉中，在n2流速为20ml/min的条件下以10℃/min的速率升温至800℃并碳化2h，最后随炉冷却至室温，得到碳/玻璃纤维织物直接用作超级电容器电极。

实施例2

单宁酸/玻璃纤维织物制备方法同实施例1，将单宁酸/玻璃纤维织物转至管式炉中，在n2流速为20ml/min的条件下以10℃/min的速率升温至900℃并碳化1h，最后随炉冷却至室温，得到碳/玻璃纤维织物超级电容器电极。

实施例3

单宁酸/玻璃纤维织物制备方法同实施例1，将单宁酸/玻璃纤维织物转至管式炉中，在n2流速为20ml/min的条件下以10℃/min的速率升温至1000℃并碳化1h，最后随炉冷却至室温，得到碳/玻璃纤维织物超级电容器电极。

电容器电极电化学性能测试：

直接将制备的碳/玻璃纤维织物作为电极材料，通过三电极体系在chi660e电化学工作站上对其进行电化学性能测试。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。