26g過硫酸銨，玻璃棒攪拌至完全溶解；
(4)將錐形瓶放置恒溫水浴鍋中，在錐形瓶外側(cè)加入冰塊，待溫度降至零攝氏度，將步驟(3)所制備的過硫酸銨酸溶液用恒壓漏斗逐滴滴加到錐形瓶中，反應(yīng)10小時(shí)，攪拌始終；
(5)反應(yīng)結(jié)束，用乙醇和去離子水交替洗滌多次去除低聚物，最后用去離子水洗滌除去乙醇；
(6)將洗滌好的復(fù)合體系置入燒杯，加去離子水100ml，放置冰水浴中，利用超聲細(xì)胞粉碎機(jī)超聲分散25分鐘(超聲作用時(shí)間ls，間隙2s，功率550W)，得到分散液；
(7 )將步驟(6 )所得分散液置入合適的培養(yǎng)皿中，冰箱冷凍20小時(shí)，利用冷凍干燥機(jī)冷凍干燥處理得到三元復(fù)合氣凝膠；
(8)利用冷壓機(jī)在1.6MPa壓力下冷壓處理(7)所得三元復(fù)合氣凝膠制得氣凝膠薄膜，即氣凝膠薄膜電極。
[0035]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種納米纖維素氣凝膠制備超級電容器柔性可彎曲薄膜電極的方法，包括以下工藝步驟:a)生物質(zhì)原料通過簡單化學(xué)機(jī)械法制備納米纖維素；b)納米纖維素與碳納米管混合分散液的制備；c)三元復(fù)合氣凝膠薄膜電極的制備。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米纖維素氣凝膠制備超級電容器柔性可彎曲薄膜電極的方法，其特征在于，所述的步驟a)生物質(zhì)原料通過簡單化學(xué)機(jī)械法制備納米纖維素，具體步驟包括: (1)篩取40?60目的生物質(zhì)原料，風(fēng)干后使用電子天平精確稱取10g放入燒杯，加500ml去離子水，用I?1.5 wt%的亞氯酸鈉在酸性條件下處理，I h后再次添加同量亞氯酸鈉，同樣的酸性條件下處理，此步驟重復(fù)4?7次，以脫除大部分木質(zhì)素，制得綜纖維素； (2)配制1.5?3wt%的氫氧化鉀溶液，在90°C下處理第I步獲得的綜纖維素2?4 h，以脫除其中的大部分半纖維素； (3)用I?1.5 wt%亞氯酸鈉在酸性條件下處理上述所得溶液I?2 h，并進(jìn)一步用5?7 wt%的氫氧化鉀于90°C下對所得纖維素進(jìn)行純化處理3?5 h，以除去木質(zhì)素和半纖維素，從而獲得純化的纖維素； (4)采用I?1.2wt%的鹽酸溶液，在80?95°C下處理第3步獲得的純化纖維素2?3 h ； (5)將第4步獲得的純化纖維素配成濃度為0.8?1.2 wt%的水懸濁液，研磨處理5?15分鐘，得到直徑在9?30nm的納米纖維素； 步驟(I)和(3)中所述的酸性條件下是采用冰乙酸滴定，控制pH在4?5之間。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米纖維素氣凝膠制備超級電容器柔性可彎曲薄膜電極的方法，其特征在于，所述的步驟b)納米纖維素與碳納米管混合分散液的制備，具體步驟包括: (1)精確稱量15?30mg的碳納米管加入250ml去離子水中； (2)稱量十二烷基苯磺酸鈉60?150mg，加入(I)溶液，玻璃棒攪拌I?3分鐘； (3)將(2)得到的碳納米管懸浮液放置冰水浴中，利用超聲細(xì)胞粉碎機(jī)超聲處理25?45分鐘，超聲后的溶液呈現(xiàn)均勻分散的狀態(tài)； (4)將步驟(3)得到的碳納米管分散液250ml放置冰水浴中； (5)取步驟a)所得的0.8?1.2wt%的納米纖維素2?3g加入到步驟(4)所得分散液中，利用超聲細(xì)胞粉碎機(jī)超聲混合30?50分鐘； 步驟(3)所述的超聲處理是指超聲作用時(shí)間為ls，間隙2s，超聲功率800?1000W ； 步驟(5)所述的超聲混合是指超聲作用時(shí)間為ls，間隙2s，超聲功率500?1000W，在超聲混合中，十二烷基苯磺酸鈉不僅有效地分散了碳納米管，對納米纖維素也具有有效的分散作用。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米纖維素氣凝膠制備超級電容器柔性可彎曲薄膜電極的方法，其特征在于，所述的步驟c)三元復(fù)合氣凝膠薄膜電極的制備，具體步驟包括: (1)用量筒精確量取10?30ml的鹽酸加入到步驟b)的混合分散液中，置于三角錐形瓶中； (2)用膠頭滴管滴加稱量0.5g?Ig的聚合物單體到(I)所得混合溶液中，密封攪拌I?3小時(shí)； (3)配置0.5?1.5mol/L的鹽酸溶液50?80ml，其中添加1.2g?2.2g引發(fā)劑，玻璃棒攪拌至完全溶解； (4)將錐形瓶放置恒溫水浴鍋中，在錐形瓶外側(cè)加入冰塊，待溫度降至零攝氏度，將(3)所制備的引發(fā)劑酸溶液用恒壓漏斗逐滴滴加到錐形瓶中，反應(yīng)3?24小時(shí)，攪拌始終，反應(yīng)結(jié)束，用乙醇和去離子水交替洗滌多次去除低聚物，最后用去離子水洗滌除去乙醇； (5)將洗滌好的復(fù)合體系置入燒杯，加去離子水100ml，放置冰水浴中，利用超聲細(xì)胞粉碎機(jī)超聲分散處理30?50分鐘，得到分散液； (6)將(5)所得分散液置入合適的培養(yǎng)皿中，冰箱冷凍18?36小時(shí)，利用冷凍干燥機(jī)冷凍干燥處理得到三元復(fù)合氣凝膠； (7)利用冷壓機(jī)在I?2MPa壓力下冷壓處理步驟(6)所得三元復(fù)合氣凝膠制得氣凝膠薄膜電極； 所述步驟(2)聚合物單體優(yōu)選為苯胺單體； 所述步驟(3)引發(fā)劑優(yōu)選為過硫酸銨； 所述步驟(5)超聲分散處理是指超聲作用時(shí)間為ls，間隙2s，超聲功率400?700W。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米纖維素氣凝膠制備超級電容器柔性可彎曲薄膜電極的方法，其特征是所述的生物質(zhì)原料通過簡單化學(xué)機(jī)械法制備納米纖維素中的生物質(zhì)原料是指含有植物纖維素的生物質(zhì)材料，碳納米管包括單壁碳納米管和多壁碳納米管，三元復(fù)合中的三元包括生物質(zhì)納米纖維素，碳納米管及導(dǎo)電聚合物，其中導(dǎo)電聚合物可以為導(dǎo)電聚吡咯，導(dǎo)電聚苯胺，導(dǎo)電聚噻吩及導(dǎo)電聚吡啶具有導(dǎo)電活性的聚合物之一。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米纖維素氣凝膠制備超級電容器柔性可彎曲薄膜電極的方法，其特征是所述的生物質(zhì)原料通過簡單化學(xué)機(jī)械法制備納米纖維素中的生物質(zhì)原料通過簡單化學(xué)機(jī)械法制備納米纖維素，所述的簡單化學(xué)機(jī)械法是僅僅使用三種化學(xué)藥品:亞氯酸鈉、氫氧化鉀及鹽酸達(dá)到很好的解纖作用，而機(jī)械法僅僅使用研磨機(jī)，相比于酶解法、均質(zhì)法及超聲法，更加地有效果、有效率、對原料的要求更低及最有可能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種納米纖維素氣凝膠制備超級電容器柔性可彎曲薄膜電極的方法，其特征是所述的生物質(zhì)原料通過簡單化學(xué)機(jī)械法制備納米纖維素中的步驟(4)采用I?1.2wt%的鹽酸解纖，是因?yàn)槔w維素大分子鏈具有結(jié)晶區(qū)和非結(jié)晶區(qū)區(qū)，結(jié)晶區(qū)分子鏈之間距離小于0.3nm,分子鏈之間通過羥基形成氫鍵牢固結(jié)合，非結(jié)晶區(qū)距離較大，分子鏈之間通過范德華力結(jié)合，鹽酸可以浸入無定形區(qū)，將非結(jié)晶區(qū)潤張，同時(shí)也會將結(jié)晶區(qū)分子鏈的間距拉大，使大部分氫鍵破壞形成范德華力，起到解纖的作用，然后通過機(jī)械剪切得到納米纖維素。8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種納米纖維素氣凝膠制備超級電容器柔性可彎曲薄膜電極的方法，其特征是所述的生物質(zhì)原料通過簡單化學(xué)機(jī)械法制備納米纖維素中的步驟(5)研磨處理是采用研磨機(jī)使用“一步研磨法”得到納米纖維素，研磨的轉(zhuǎn)速為1500r/min，刻度在-0.2mm?-0.15mm之間，經(jīng)過鹽酸處理，纖維素分子鏈被潤張打開，再加上研磨機(jī)磨石的高速轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生較大離心力和剪切力，纖維素微纖絲之間的結(jié)合力被破壞，通過一次研磨便可以制備出具有較高長徑比的納米纖維素。9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種納米纖維素氣凝膠制備超級電容器柔性可彎曲薄膜電極的方法，其特征是所述的三元復(fù)合氣凝膠薄膜電極的制備方法中步驟(6)采用冷凍干燥處理，是因?yàn)槔鋬龈稍锏姆椒▽⑺稚A，保留三元復(fù)合氣凝膠的孔隙結(jié)構(gòu)，避免烘干干燥法對電極孔隙結(jié)構(gòu)的破壞。10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種納米纖維素氣凝膠制備超級電容器柔性可彎曲薄膜電極的方法，其特征是所述的三元復(fù)合氣凝膠薄膜電極的制備方法中的步驟(7)采用I?2MPa壓力下冷壓處理，是因?yàn)镮?2MPa壓力下冷壓處理不會形成致密結(jié)構(gòu)，會保留疏松的層狀結(jié)構(gòu)，比采用真空抽濾法制膜的致密層結(jié)構(gòu)更容易吸收電解液，減小電荷轉(zhuǎn)移內(nèi)阻。
【專利摘要】本發(fā)明是一種制備超級電容器柔性可彎曲薄膜電極的方法，步驟：a）生物質(zhì)原料通過簡單化學(xué)機(jī)械法制備納米纖維素；b）納米纖維素與碳納米管混合分散液的制備；c）三元復(fù)合氣凝膠薄膜電極的制備。優(yōu)點(diǎn)：1）通過化學(xué)處理后得到純的纖維素，制備的納米纖維素直徑范圍在10～30nm；2）采用鹽酸摻雜具有導(dǎo)電活性的聚合物使其具有導(dǎo)電性，利用導(dǎo)電聚合物贗電容性質(zhì)提高電極的比電容性能；3）碳納米管具有優(yōu)良的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性，與納米纖維素可以相互纏繞形成三維網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu)；4）制備的氣凝膠薄膜電極具有優(yōu)良的循環(huán)穩(wěn)定性，較小的電荷轉(zhuǎn)移內(nèi)阻（0.5Ω～1.3Ω），在電流密度1～0.1A/g下，比電容可以達(dá)到300～900F/g。
【IPC分類】H01G11/86
【公開號】CN104992853
【申請?zhí)枴緾N201510444990
【發(fā)明人】李大綱, 楊闖
【申請人】南京林業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年10月21日
【申請日】2015年7月27日