具有多级导电通道的织物及利用其制备超级电容器的方法技术

本发明专利技术提供了一种具有多级导电通道的织物，包括由高分子纤维通过编织或者针织形成的织物；以栅格样式编入所述织物，形成主导电通道的金属线；涂敷于主导电通道包围的各个区域内，形成辅导电通道的纳米导电材料。本发明专利技术还提供了一种超级电容器的制备方法，选取两块面积相同的上述织物，直接作为电极或者先负载电化学活性材料再作为电极，然后在两电极中间填充凝胶电解质，最后包装密封，得到超级电容器。本发明专利技术织物中，主导电通道使得电子快速、低损耗地传输到织物的任意区域，而辅导电通道使得电子在被主导电通道包围的局部区域内低损耗地传输，多级导电通道设计使得电容器的尺寸能够超大，并且具有良好的电化学性能和柔性性能。

Fabric with multi-stage conductive channel and method for producing super capacitor using the same

The present invention provides a multi channel conductive fabric, comprising polymer fibers by weaving or knitting fabrics formed; with the fabric into a grid pattern, forming a metal line leading electrical channels; applied to each area surrounded by a channel leading power, nano conductive material formed of electric channel guidance. The invention also provides a preparation method of a super capacitor, select the same two block area of the fabric, or directly as electrode active material as first load electrochemical electrodes, and two electrodes in gel electrolyte filled intermediate, final packing seal, get super capacitor. The fabric of the invention, the leading electric channel makes electronic fast, low loss transmission to any area of the fabric, and the electron transfer in the electric channel guidance is leading the local channel surrounded by low insertion loss, the design of multilevel conductive channel makes the capacitor capable of ultra large size, and has a good electrochemical performance performance and flexibility.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具有多级导电通道的织物，及利用该织物制备超大尺寸织物状超级电容器的方法，属于柔性超级电容器

技术介绍
随着近年来可穿戴电子设备和柔性电子设备的快速发展，人们越来越多地关注于柔性储能器件。柔性储能器件是上述新型电子设备的必要组件，即供能单元。其中，柔性超级电容器由于其具有高功率密度、长循环寿命和环境友好等优点，成为目前主流的柔性储能器件之一。柔性超级电容器一般构建于柔性基底之上，例如塑料基板、薄金属基板和高分子织物。其中塑料基板和薄金属基板的负载量有限，从而导致低的储能密度。另外塑料基板和薄金属基板的柔性有限，特别是无法承受扭转变形。因此高分子织物被认为是一种理想的适用于柔性超级电容器的柔性基底，其具有高强度、高柔性、高负载能力和透通性等优点。但是高分子织物一般都是电的绝缘体，需要进行导电化处理，比如文献(Longyan Yuan，Xu Xiao，Tianpeng Ding，Junwen Zhong，Xianghui Zhang，Yue Shen，Bin Hu，Yunhui Huang，Jun Zhou，and Zhong Lin Wang，Angew.Chem.Int.Ed.2012，51，4934)在织物上镀金；文献(Liangbing Hu，Mauro Pasta，Fabio La Mantia，LiFeng Cui，Sangmoo Jeong，Heather Dawn Deshazer，Jang Wook Choi，Seung Min Han，and Yi Cui，Nano Lett.2010，10，708)采用碳纳米管修饰棉织物；文献(Jie Xu，Daxiang Wang，Ye Yuan，Wei Wei，Lanlan Duan，Luoxin Wang，Haifeng Bao，and Weilin Xu，Org.Electron.2015，24，153)在织物上涂敷石墨烯。但是目前导电化处理所获得的面电阻较大，使得所制备的超级电容器的面积小于100cm2，一旦超过这个大小，超级电容器的内电阻快速上升从而导致性能的急速下降。因此，纵观现有的专利及文献报道，织物基底的导电化处理还不够完善，无法获得大尺寸(≥100cm2)甚至超大尺寸(≥1m2)的织物状超级电容器，导致织物状超级电容器无法满足实际应用需求。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是如何制备大尺寸(≥100cm2)甚至超大尺寸(≥1m2)的织物状超级电容器。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是提供一种具有多级导电通道的织物，其特征在于：包括由高分子纤维通过编织或者针织形成的织物；以栅格样式编入所述织物，形成主导电通道的金属线；涂敷于主导电通道包围的各个区域内，形成辅导电通道的纳米导电材料。优选地，所述高分子纤维为天然高分子纤维、人造高分子纤维、合成高分子纤维中的任意一种。优选地，所述织物厚度为0.1～5mm，孔隙率为10％～90％。优选地，所述金属线为银线、铜线或不锈钢线。优选地，所述金属线的直径为1～2000μm。优选地，所述栅格的覆盖系数为5％～50％。优选地，所述纳米导电材料包括纳米碳材料和纳米金属材料；纳米碳材料包括碳纳米管、石墨烯、纳米炭黑；纳米金属材料包括银纳米线、金纳米线、铜纳米线、银纳米粉、铜纳米粉。一种超级电容器的制备方法，其特征在于：选取两块面积相同且不小于1m2的上述的具有多级导电通道的织物，直接作为超级电容器的电极，或者先负载电化学活性材料再作为超级电容器的电极，然后在两块所述织物中间填充凝胶电解质，最后包装密封，即得到面积不小于1m2的超大尺寸织物状的超级电容器。优选地，所述电化学活性材料为金属氧化物、金属氢氧化物或导电高分子。优选地，所述金属氧化物包括氧化铜、氧化锰、氧化钌、氧化锡，金属氢氧化物包括氢氧化镍、氢氧化钴，导电高分子包括聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩。本专利技术提供的具有多级导电通道的织物，以栅格样式的主导电通道把织物分成众多区域，每个区域被主导电通道包围，因此，电子能够快速、低损耗地传输到织物的任意一个区域。辅导电通道为被主导电通道所包围的各个区域，其作用是提供电子在该局部区域内的传输通道。本专利技术采用具有多级导电通道的织物来构建织物状超级电容器，其中主导电通道能够使得电子快速、低损耗地传输到超大尺寸织物的任意区域，而辅导电通道能够使得电子在被主导电通道包围的局部区域内低损耗地传输，该多级导电通道的设计，使得织物状超级电容器的尺寸突破现有限制(＜100cm2)，能够达到超大尺寸(≥1m2)，并且在超大尺寸下该织物状超级电容器具有良好的电化学性能和柔性性能，为柔性电子设备和可穿戴电子设备提供实际可行的柔性供能单元。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例1多级导电通道的织物由棉纤维通过编织工艺形成，织物厚度为1mm，孔隙率为80％，然后把铜线(直径100μm)编入织物形成栅格样式的主导电通道，铜线的覆盖系数为5％，接着在铜线包围的区域内涂敷碳纳米管形成辅导电通道。一种具有多级导电通道的织物状超级电容器，直接选取两块面积都为1m2的上述织物为超级电容器电极，两者中间填充含有磷酸的聚乙烯醇凝胶电解液(磷酸∶聚乙烯醇∶水的质量比为1∶1∶10)，最终用铝塑膜包装，该织物状超级电容器的面积比电容为160mF/cm2，电压范围为0-0.8V，并且在弯曲360°和扭转180°情况下面积比电容保持率达到98％。实施例2多级导电通道的织物由棉纤维通过编织工艺形成，织物厚度为1mm，孔隙率为80％，然后把铜线(100μm)编入织物形成栅格样式的主导电通道，铜线的覆盖系数为15％，接着在铜线包围的区域内涂敷碳纳米管形成辅导电通道。一种具有多级导电通道的织物状超级电容器，直接选取两块面积都为10m2的上述织物为超级电容器电极，两者中间填充含有磷酸的聚乙烯醇凝胶电解液(磷酸∶聚乙烯醇∶水的质量比为1∶1∶10)，最终用铝塑膜包装，该织物状超级电容器的面积比电容为120mF/cm2，电压范围为0-0.8V，并且在弯曲360°和扭转180°情况下面积比电容保持率达到98％。实施例3多级导电通道的织物由涤纶纤维通过编织工艺形成，织物厚度为1mm，孔隙率为75％，然后把不锈钢线(200μm)编入织物形成栅格样式的主导电通道，不锈钢线的覆盖系数为10％，接着在不锈钢线包围的区域内涂敷石墨烯形成辅导电通道。一种具有多级导电通道的织物状超级电容器，直接选取两块面积都为1m2的上述织物为超级电容器电极，两者中间填充含有磷酸的聚乙烯醇凝胶电解液(磷酸∶聚乙烯醇∶水的质量比为1∶1∶10)，最终用铝塑膜包装，该织物状超级电容器的面积比电容为800mF/cm2，电压范围为0-0.8V，并且在弯曲360°和扭转180°情况下面积比电容保持率达到98％。实施例4多级导电通道的织物由棉纤维通过编织工艺形成，织物厚度为1mm，孔隙率为80％，然后把铜线(100μm)编入织物形成栅格样式的主导电通道，铜线的覆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有多级导电通道的织物，其特征在于，包括由高分子纤维通过编织或者针织形成的织物；以栅格样式编入所述织物，形成主导电通道的金属线；涂敷于主导电通道包围的各个区域内，形成辅导电通道的纳米导电材料。

【技术特征摘要】
1.一种具有多级导电通道的织物，其特征在于，包括由高分子纤维通过编织或者针织形成的织物；以栅格样式编入所述织物，形成主导电通道的金属线；涂敷于主导电通道包围的各个区域内，形成辅导电通道的纳米导电材料。2.如权利要求1所述的一种具有多级导电通道的织物，其特征在于：所述高分子纤维为天然高分子纤维、人造高分子纤维、合成高分子纤维中的任意一种。3.如权利要求1所述的一种具有多级导电通道的织物，其特征在于：所述织物厚度为0.1～5mm，孔隙率为10％～90％。4.如权利要求1所述的一种具有多级导电通道的织物，其特征在于：所述金属线为银线、铜线或不锈钢线。5.如权利要求1或4所述的一种具有多级导电通道的织物，其特征在于：所述金属线的直径为1～2000μm。6.如权利要求1所述的一种具有多级导电通道的织物，其特征在于：所述栅格的覆盖系数为5％～50％。7.如权利要求1所述的一种具有多级导电通...

【专利技术属性】
技术研发人员：翁巍，杨俊杰，申静文，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31