【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種用于超級電容器的聚氨酯泡沫柔性自支撐電極材料及其制備方法，屬于電極材料制備。
技術介紹
1、日益增長的能源需求與不斷加劇的環境危機使得可再生能源和高效儲能技術成為亟待解決的問題。高性能柔性超級電容器由于其便攜性和穩定性，在可穿戴電子設備上的應用引起了人們的極大興趣。其中電極材料在制備綠色環保和高性能儲能器中起著重要作用。在制備電極材料時，多孔薄膜、納米紙以及氣凝膠等材料由于其表面負載的活性物質多、分散均勻、柔韌性好可折疊且不需添加粘結劑及基體等優點，近年來在柔性超級電容器的制備與研究中越來越受到研究者的青睞。
2、軟質聚氨酯泡沫塑料是指具有一定彈性的一類柔軟性聚氨酯泡沫塑料，它是用量最大的一種聚氨酯產品。聚氨酯軟泡的泡孔結構多為開孔的，一般具有密度低、彈性回復好、吸音、透氣、保溫等性能，主要用作家具墊材、交通工具座椅墊材、各種軟性襯墊層壓復合材料，是我們日常生活中不可缺少的一種產品。
3、雖然價格低廉，但聚氨酯泡沫是由異氰酸酯、多元醇以及一些擴鏈劑等助劑發泡聚合而成，合成所用的試劑有一定的毒性且很難回收利用。近年來有一些學者利用了pu三維多孔的網絡結構將其應用到了儲能
，絕大多數都是通過高溫炭化的方法，如：申請號cn202110505215.9中，將cofs、氧化石墨烯原位生長至聚氨酯泡沫骨架結構中之后高溫碳化，制備的聚氨酯泡沫/cofs骨架結構的多孔石墨烯電極，擁有較高的比電容，優異的電化學循環壽命；申請號cn202010064105.9中，將聚氨酯浸漬在磷酸鹽溶液中之后高溫炭化
4、cn202210980385.7一種用于超級電容器的納米纖維素基柔性自支撐納米紙電極材料及其制備方法，其中由于納米紙是抽濾制得，使得其中剛性的mof材料以及導電聚合物負載過多極大的降低了納米紙的柔性(不能任意彎折)的同時也伴隨成本的升高，聚苯胺是電極活性材料的主體，其中pani的負載量則高達225％。為了解決cn202210980385.7存在的問題，本專利技術選擇了軟質聚氨酯泡沫塑料作為柔性基體，采用浸漬、表面負載的方式極大的降低了負載材料的用量，增加了材料的柔性的同時仍能保持其卓越的電化學性能。
5、與現有技術相比，本專利技術制備的聚氨酯泡沫柔性自支撐電極材料不需要通過高溫炭化只需簡單壓片，制備過程簡單無毒害，成本低廉，電化學性能優良，在電極材料領域有較大應用潛力，尤其對于廢舊軟質聚氨酯泡沫的回收利用有著較為深遠的影響。
技術實現思路
1、針對以上現有技術存在的缺點和不足，本專利技術目的在于：提供一種用于超級電容器的聚氨酯泡沫柔性自支撐電極材料，以聚氨酯泡沫為基體，制備具有優異電化學性能和可隨意彎曲折疊性的電極材料；本專利技術的另一個目的還在于提供一種用于超級電容器的聚氨酯泡沫柔性自支撐電極材料的制備方法。
2、為了實現上述目的，本專利技術采用的技術方案為：
3、一種用于超級電容器的聚氨酯泡沫柔性自支撐電極材料的制備方法，包含如下制備步驟：
4、(1)以漂白針葉木漿為基制備納米纖維素：在h2o中加入漂白針葉木漿，放入細胞破碎機中超聲處理10～20min形成均勻懸濁液，在堿性水溶液中，以次氯酸鈉和溴化鈉為催化劑，使用2,2,6,6-四甲基哌啶基-1-氧基自由基氧化纖維素，經無水乙醇及去離子水洗滌至中性，并經超聲、抽濾、冷凍干燥制得tempo氧化納米纖維素cnfs；
5、進一步，tempo氧化納米纖維素(cnfs)電荷密度為200～1800μmol/g。
6、(2)離子交換納米纖維素(cnfs?m+)的制備：稱取步驟(1)制備的tempo氧化納米纖維素(cnfs)加入去離子水(di)，超聲處理10-20min形成均勻懸濁液，加入設定量的過渡無機金屬鹽，攪拌進行離子交換反應，離心洗滌，得洗滌物重新分散在去離子水中，即得到離子交換纖維素的懸濁液(cnfs?m+)，留待下一步備用。
7、懸濁液中tempo氧化納米纖維素的質量分數為0.1％～1.5％。tempo氧化納米纖維素(cnfs)、過渡無機金屬鹽和水的質量比為(20～25)：(5～8)：(20000～30000)；所述離子交換反應的時間為3～6h。
8、其中過渡無機金屬鹽具體種類根據步驟(4)的mofs類型而定。與步驟(4)的過渡無機金屬鹽種類相同。
9、(3)pu@cnfs?m+的制備：將pu泡沫切成小塊分別用去離子水(di)及無水乙醇洗滌干凈，80℃干燥10h；將pu浸漬上述制備的cnfs?m+分散液中浸漬2h，取出冷凍干燥得pu@cnfs?m+泡沫；
10、cnfs?m+在pu上的負載量的質量分數為0.5％～3％。
11、(4)pu@cnfs?m+@mofs的制備：pu@cnfs?m+泡沫置于去離子水中攪拌30min，加入設定量的過渡無機金屬鹽以及有機配體，攪拌反應1～10h，將泡沫取出洗滌冷凍干燥。將泡沫置于平板硫化機1～3mm的模具中于160℃,15mpa下模壓10min，即得pu@cnfs?m+@mofs泡沫薄片。
12、進一步，mofs為zif-67、zif-8、uio-66、hkust-1、mil-101中的一種或兩種。過渡無機金屬鹽以及有機配體根據mofs的種類進行選擇確定，為本領域常規的。如zif-8選擇的過渡無機金屬鹽為zn(no3)2·6h2o；有機配體為2-甲基咪唑，質量比為1:1。其中mofs在pu@cnfs?m+泡沫上的負載質量為1.5～5％。
13、(5)pu@cnfsm+@mofs@polymer的制備：配制一定量導電聚合物單體溶液，將上述制備的pu@cnfsm+@mofs泡沫薄片浸漬在0～4℃單體溶液中減壓超聲10～40min，加入引發劑，于減壓條件下0～5℃反應0.5～6h，經乙醇與水洗滌后冷凍干燥即得pu@cnfs?m+@mofs@polymer。
14、進一步，步驟(5)所述的導電聚合物為聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩中的一種；其中導電聚合物在pu@cnfs?m+@mofs泡沫上的負載質量為：4～20％。
15、本制備方法及所得到的產物具有如下優點及有益效果：
16、(1)本專利技術選用三維多孔的軟質聚氨酯泡沫為柔性基體，與現有技術相比，本專利技術制備的聚氨酯泡沫柔性自支撐電極材料擁有獨特的三維網絡結構，且不需要通過高溫炭化，只需簡單壓片，制備過程簡單無毒害，成本低廉，電化學性能優良，尤其對于廢舊軟質聚氨酯泡沫的回收利用有著較為深遠的影響；
17、(2)本專利技術電極中負載活性物質的量少，但是制備的超級電容器柔性泡沫比電容大，具有高柔性以及優異的電化學性能，在隨意彎曲折疊之后，材料內部結構及其比容量均能得到良好保持；在循環使用若干次之后，其比容量仍能保持良好，因此對柔性電極材料的研本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種用于超級電容器的聚氨酯泡沫柔性自支撐電極材料的制備方法，其特征在于：該方法包含以下步驟：
2.如權利要求1要求所述的用于超級電容器的聚氨酯泡沫柔性自支撐電極材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)TEMPO氧化納米纖維素和過渡無機金屬鹽的質量比為20～25：5～8；離子交換時間為3～6h；步驟(2)過渡無機金屬鹽與步驟(4)的過渡無機金屬鹽種類相同。
3.如權利要求1要求所述的用于超級電容器的聚氨酯泡沫柔性自支撐電極材料的制備方法，其特征在于，PU@CNFsM+泡沫中，離子交換纖維素在PU上的負載量的質量分數為0.5％～3％。
4.如權利要求1要求所述的用于超級電容器的聚氨酯泡沫柔性自支撐電極材料的制備方法，其特征在于，所述的MOFs為ZIF-67、ZIF-8、Ni-HHTP、Ni-HITP、HKUST-1、MIL-101中的一種或兩種。
5.如權利要求1要求所述的用于超級電容器的聚氨酯泡沫柔性自支撐電極材料的制備方法，其特征在于，所述的MOFs在PU@CNFsM+泡沫上的負載質量為1.5～5％。
6.如權利要求1
7.如權利要求1要求所述的用于超級電容器的聚氨酯泡沫柔性自支撐電極材料的制備方法，其特征在于，模壓為將泡沫置于平板硫化機1～3mm的模具中于160℃，15MPa下模壓10min。
8.如權利要求1要求所述的用于超級電容器的聚氨酯泡沫柔性自支撐電極材料的制備方法，其特征在于，所述導電聚合物在PU@CNFsM+@MOFs泡沫上的負載質量為：4～20％。
9.如權利要求1-8任一項所述方法制備的用于超級電容器的聚氨酯泡沫柔性自支撐電極材料。
10.如權利要求1-8任一項所述方法制備的用于超級電容器的聚氨酯泡沫柔性自支撐電極材料在超級電容器中的應用。
...【技術特征摘要】
1.一種用于超級電容器的聚氨酯泡沫柔性自支撐電極材料的制備方法，其特征在于：該方法包含以下步驟：
2.如權利要求1要求所述的用于超級電容器的聚氨酯泡沫柔性自支撐電極材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)tempo氧化納米纖維素和過渡無機金屬鹽的質量比為20～25：5～8；離子交換時間為3～6h；步驟(2)過渡無機金屬鹽與步驟(4)的過渡無機金屬鹽種類相同。
3.如權利要求1要求所述的用于超級電容器的聚氨酯泡沫柔性自支撐電極材料的制備方法，其特征在于，pu@cnfsm+泡沫中，離子交換纖維素在pu上的負載量的質量分數為0.5％～3％。
4.如權利要求1要求所述的用于超級電容器的聚氨酯泡沫柔性自支撐電極材料的制備方法，其特征在于，所述的mofs為zif-67、zif-8、ni-hhtp、ni-hitp、hkust-1、mil-101中的一種或兩種。
5.如權利要求1要求所述的用于超級電容器的聚氨酯泡沫柔性自支撐電...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳智棟，李珊珊，吳鵬九，徐傳健，劉長海，王世穎，
申請(專利權)人：常州大學，
類型：發明
國別省市：
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