一种用柔性纳米纤维素膜封装制备超级电容器的方法技术

本发明专利技术公开了一种用柔性纳米纤维素膜封装制备超级电容器的方法，基于硫酸法纳米纤维素表面含有大量带负电荷的硫酸盐酯基，容易分散在水中，易于形成均匀的纳米纤维素膜的性质，以植酸作为氢键结合位点和交联剂，使纳米纤维素与羧甲基纤维素通过植酸的分子桥联作用形成多重氢键结合，构筑具有优异力学性能的柔性纳米纤维素膜。纳米纤维素膜组成中的纳米纤维素和羧甲基纤维素上的羟基，为电容器内部的化学反应提供了良好的结合位点；植酸作为交联剂，可以为纳米纤维素膜的形成提供更多的氢键结合位点，有利于提高其力学性能，使其具有超强的拉伸性能，进而赋予超级电容器高电容量，良好的稳定性以及可重复使用。良好的稳定性以及可重复使用。良好的稳定性以及可重复使用。

【技术实现步骤摘要】
一种用柔性纳米纤维素膜封装制备超级电容器的方法


[0001]本专利技术属于天然高分子和超级电容器
，具体涉及一种用柔性纳米纤维素膜封装制备超级电容器的方法。

技术介绍

[0002]电池是近年来人们生活的必需品，但在废电池中含有汞、镉、锰、铅等重金属，当废电池日晒雨淋表层被锈蚀掉后，里面的重金属成分会渗透到土壤和地下水，如果人们食用受污染的土地生产的农作物或喝了受污染了的水，这些有毒的重金属就会进入人的体内，慢慢的沉积下来，对人类健康造成极大的威胁。而超级电容器作为介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置，其容量可达几百至上千法拉。与传统电容器相比，它具有较大的容量、比能量或能力密度，较宽的工作温度范围和极长的使用寿命;而与蓄电池相比，它又具有较高的比功率，且对环境无污染。但用于封装电极和电解质等超级电容器元件的包装材料大多使用金属制的包装材料，难以应对形状多样化和轻质化有限的需求，还会有爆炸的危险。因而，开发一种柔性膜材料包覆的超级电容器的组装方法，进而有效适应超级电容器的应用需求，保护人体健康、生态环境刻不容缓。
[0003]目前，国内外用于封装超级电容器的柔性材料主要是铝塑复合膜，铝塑膜由外层尼龙层、粘合剂、中间层铝箔、粘合剂、内层热封层，共五层组成，每层功能要求都比较高，技术要求高，工艺复杂，生产成本高。在出现极端情况时容易被刺穿，因而在电池包覆环节需要加入金属防护层给予更多的保护，会带来成组效率不佳、成本提升的问题。此外，在封装环节较难控制，容易发生鼓胀等问题，使得产品一致性较差。使用目前的超级电容器封装材料组装的超级电容器存在充放电作用不稳定，电容器内部易被破坏，生产成本较高等问题，因此，如何开发一种充放电作用稳定、力学强度高、原材料价格低廉且对环境友好的超级电容器柔性封装材料是急需解决的关键问题，也是当前超级电容器的发展趋势。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对现有超级电容器封装材料的不足，提供一种用柔性纳米纤维素膜封装制备超级电容器的方法。本专利技术以植酸作为氢键结合位点和交联剂，使纳米纤维素与羧甲基纤维素通过植酸的分子桥联作用形成多重氢键结合，构筑具有优异力学性能的柔性纳米纤维素膜。利用纳米纤维素和羧甲基纤维素上的羟基，为电容器内部的化学反应提供良好的结合位点；植酸作为交联剂，为纳米纤维素膜的形成提供更多的氢键结合位点，有利于提高其力学性能，使其具有超强的拉伸性能，进而赋予超级电容器高电容量。本专利技术方法操作简单，绿色环保，安全性高，以本专利技术制备的柔性纳米纤维素膜作为超级电容器的封装材料所组装的超级电容器电容量高，稳定性好，可重复使用。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种用柔性纳米纤维素膜封装制备超级电容器的方法，包括以下步骤：（1）将一定量的羧甲基纤维素、植酸加入到硫酸法制备的纳米纤维素溶液中，充分
搅拌混合均匀，110 ℃油浴加热一定时间，形成均一的混合液，取该混合液平铺于培养皿中，
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15 ℃条件下冻融循环4次，形成柔性纳米纤维素湿膜。该柔性纳米纤维素湿膜自然干燥后形成纳米纤维素干膜。
[0006]（2）在步骤（1）制得的纳米纤维素干膜的上下两面都贴上PI膜（聚酰亚胺薄膜），通过激光直写仪分别在两个PI膜上表面打印形成两个石墨电极，两个PI膜下表面贴合在一起，石墨电极两端贴上导电胶带后进行等离子清洗，组装成纳米纤维膜为隔层的附着在PI膜上的石墨电极。
[0007]（3）取一片步骤（1）制得的纳米纤维素湿膜平铺在培养皿内，将电化学材料网铺在纳米纤维素湿膜上，取适量KOH溶液润湿电化学材料网，再将步骤（2）组装的纳米纤维膜为隔层的附着在PI膜上的石墨电极置于电化学材料网上，取适量KOH溶液润湿石墨电极表面，再将另一块电化学材料网覆盖在石墨电极上，最后再取一片纳米纤维素湿膜封装在整个电容器表面，制得柔性纳米纤维素膜封装的超级电容器。
[0008]进一步的，步骤（1）中硫酸法制备的纳米纤维素溶液是由漂白竹浆纤维在硫酸浓度45wt%，反应温度55℃，超声波功率800W，超声时间3h反应条件下制备，而后经过离心洗涤、透析得到的。
[0009]进一步的，步骤（1）中硫酸法制备的纳米纤维素溶液的固含量1.2%
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2.6%，植酸与羧甲基纤维素的质量比为0.5:1
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1.5:1，植酸与纳米纤维素的质量比为0.05:1
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0.3:1。油浴反应时间1
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2 h。
[0010]进一步的，步骤（2）中等离子体清洗时间3
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9 min，频率13
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16 MHz。
[0011]进一步的，步骤（3）中KOH浓度3
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10 mol/L。
[0012]进一步的，步骤（3）中电化学材料网为碳布、碳纤维材料网。
[0013]基于硫酸法纳米纤维素表面含有大量带负电荷的硫酸盐酯基，容易分散在水中，易于形成均匀的纳米纤维素膜的性质，以植酸作为氢键结合位点和交联剂，使纳米纤维素与羧甲基纤维素通过植酸的分子桥联作用形成多重氢键结合，构筑具有优异力学性能的柔性纳米纤维素膜。纳米纤维素膜组成中的纳米纤维素和羧甲基纤维素上的羟基，为电容器内部的化学反应提供了良好的结合位点；植酸作为交联剂，可以为纳米纤维素膜的形成提供更多的氢键结合位点，有利于提高其力学性能，使其具有超强的拉伸性能，进而赋予超级电容器高电容量。本专利技术方法工艺简单，操作容易，原料来源丰富，成本低廉，绿色环保，安全性高，以本专利技术制备的柔性纳米纤维素膜作为超级电容器的封装材料所组装的超级电容器电容量高，稳定性好，可重复使用。
[0014]本专利技术的显著优点：（1）本专利技术工艺简单，操作容易，纳米纤维素、羧甲基纤维素来源广泛，资源丰富，绿色环保，安全性高；（2）以本专利技术制备的柔性纳米纤维素膜封装的超级电容器电容量显著提高，稳定性好，可重复使用。
附图说明
[0015]图1为本专利技术制备的纳米纤维膜为隔层的附着在PI膜上的石墨电极的示意图；图2为本专利技术制备的柔性纳米纤维素膜（左）及其封装的超级电容器（右）的实物
图。
具体实施方式
[0016]为了使本专利技术所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本专利技术所述的技术方案做进一步的说明，但是本专利技术不仅限于此。
[0017]实施例中硫酸法纳米纤维素溶液的制备方法：漂白竹浆纤维加入浓度45wt%的硫酸容液中，在反应温度55℃，超声波功率800W的条件下超声反应3h，反应产物经离心洗涤、透析得到纳米纤维素容液。
[0018]实施例1一种用柔性纳米纤维素膜封装制备超级电容器的方法，包括以下步骤：（1）将5 g羧甲基纤维素、2.6 g植酸加入到40 g固含量为1.2%的硫酸法制备的纳米纤维素溶液中，充分搅拌混合均匀，110 ℃油浴加热1.0 h，形成均一的混合液，取该混合液平铺于培养皿中，
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15 ℃条件下冻融循环4次，形成柔性纳米纤维本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用柔性纳米纤维素膜封装制备超级电容器的方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）将一定量的羧甲基纤维素、植酸加入到硫酸法制备的纳米纤维素溶液中，充分搅拌混合均匀，110 ℃油浴加热一定时间，形成均一的混合液，取该混合液平铺于培养皿中，
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15 ℃条件下冻融循环4次，形成柔性纳米纤维素湿膜，该柔性纳米纤维素湿膜自然干燥后形成纳米纤维素干膜；（2）在步骤（1）制得的纳米纤维素干膜的上下两面都贴上PI膜，通过激光直写仪分别在两个PI膜上表面打印形成两个石墨电极，两个PI膜下表面贴合在一起，石墨电极两端贴上导电胶带后进行等离子清洗，组装成纳米纤维膜为隔层的附着在PI膜上的石墨电极；（3）取一片步骤（1）制得的纳米纤维素湿膜平铺在培养皿内，将电化学材料网铺在纳米纤维素湿膜上，取适量KOH溶液润湿电化学材料网，再将步骤（2）组装的纳米纤维膜为隔层的附着在PI膜上的石墨电极置于电化学材料网上，取适量KOH溶液润湿石墨电极表面，再将另一块电化学材料网覆盖在石墨电极上，最后再取一片纳米纤维素湿膜封装在整个电容器表面，制得柔性纳米纤维素膜封装的超级电容器。2.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢麒麟，张丽颖，
申请(专利权)人：闽江学院，
类型：发明
国别省市：