石墨烯/聚吡咯/棉紗線電極的制備和性能研究

王藝穎 代興玉 聶文琪 胡吉永 李 喬 楊旭東 丁 辛

東華大學(xué)紡織面料技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海201620

石墨烯/聚吡咯/棉紗線電極的制備和性能研究

王藝穎 代興玉 聶文琪 胡吉永 李 喬 楊旭東 丁 辛

東華大學(xué)紡織面料技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海201620

柔性超級(jí)電容器對(duì)電極材料的導(dǎo)電性和電容性具有較高的要求。為提高紗線電極的導(dǎo)電性和電容性，以棉紗線、氧化石墨烯(GO)、吡咯(Py)為原料，采用化學(xué)還原法和原位化學(xué)聚合法，制備石墨烯(rGO)/聚吡咯(PPy)/棉紗線電極。觀察聚合前后電極材料的表面形貌，測(cè)試聚合前后電極材料的電阻和電化學(xué)性能，結(jié)果顯示：PPy顆粒包覆在rGO/棉紗線表面；rGO/PPy/棉紗線電極單位長(zhǎng)度的電阻降到373 Ω/cm；當(dāng)電流密度為105.00 mA/cm3時(shí)，rGO/PPy/棉紗線電極體積比電容為27.63 F/cm3，電化學(xué)性能明顯好于未加入PPy的rGO/棉紗線電極的性能。PPy的引入有利于改善rGO/棉紗線電極的導(dǎo)電性和電容性，適用于制備柔性超級(jí)電容器的電極材料。

紗線電極，柔性超級(jí)電容器，石墨烯，聚吡咯，化學(xué)聚合，電化學(xué)性能

眾所周知，電極材料是決定超級(jí)電容器性能的關(guān)鍵?，F(xiàn)階段超級(jí)電容器的電極材料種類眾多，如碳材料電極[1-4]、金屬氧化物材料電極[5]1726,[6-8]、導(dǎo)電高分子材料電極[9]等。為了更好地配合可穿戴產(chǎn)品的研發(fā)，電極材料的柔性已成為研究的關(guān)鍵性問(wèn)題。紡織纖維具有較好的柔性、較高的強(qiáng)度，且輕質(zhì)便攜，其作為服裝最基本的組成部分，是實(shí)現(xiàn)柔性電極材料最好的基體材料之一[10]2326。因此，以紡織纖維為基體材料的柔性電極用于柔性超級(jí)電容器的研究已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。

紡織纖維作為基體材料的形式有織物、紗線和纖維等。其中，以織物作為電極材料，需將不導(dǎo)電的織物導(dǎo)電化，常通過(guò)將活性物質(zhì)吸附到織物表面的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。石墨烯具有比表面積大、導(dǎo)電性好的特點(diǎn)，因此常被作為電極材料的活性物質(zhì)。Lim等[11]在織物的表面吸附氧化石墨烯(GO)，再沉積聚吡咯(PPy)，通過(guò)熱還原的方法將GO還原，得到織物電極材料(電導(dǎo)率可達(dá)1.2 S/cm)，且組裝成超級(jí)電容器后，柔性表現(xiàn)良好，質(zhì)量比電容達(dá)336 F/g、能量密度達(dá)21.1 Wh/kg。但織物是由紗線交織而成的，紗線的交織點(diǎn)會(huì)阻礙紗線基體表面積的利用，降低活性材料的吸附量[5]1724，[12]。因此，為增加GO的吸附量，Sahito等[13]通過(guò)牛血清白蛋白(BSA)預(yù)處理織物，使織物帶有正電荷，以利于吸附帶有負(fù)電荷的GO。研究發(fā)現(xiàn)，織物經(jīng)BSA處理后，GO的吸附量提高了67.40%，因此，加入陽(yáng)離子表面活性劑是提高織物吸附GO的一種有效方法。但由紗線交織構(gòu)成的織物始終存在交織點(diǎn)，故其作為電極材料的基體材料是無(wú)法完全利用其表面積的，而電極材料的比表面積又是影響電極材料電容性能的重要因素。

因此，為充分利用紡織纖維的比表面積，織物成型前選擇將紗線直接作為基體材料是一種較好的選擇。其合理的工藝路線是，先涂覆活性物質(zhì)制成紗線電極，再制成織物，最后組裝成超級(jí)電容器。碳纖維、碳納米管(CNT)纖維[14]、石墨烯纖維[10]2328、導(dǎo)電高聚物纖維[15]、石墨烯/CNT復(fù)合纖維、銅纖維[16]等均可作為制備紗線電極的材料，但這類纖維中部分成本較高，部分又難以滿足紗線后續(xù)加工的要求。如果能在其他紗線基體上聚合導(dǎo)電高分子或吸附納米顆粒，不僅可使制得的電極材料具有期望的電化學(xué)性能，還能保留紗線本身具有的柔性[17]。因此，已有研究采用在紗線表面復(fù)合導(dǎo)電高聚物和納米材料的方法來(lái)制備柔性電極[18-19]。如基于BSA改性的棉紗線，Ye等[20]制備了碳納米微粒(CNPs)/石墨烯(rGo)/棉紗線復(fù)合導(dǎo)電紗線，并組裝成線狀超級(jí)電容器，發(fā)現(xiàn)GO還原得到的rGO納米片與CNPs形成了三維分層的納米結(jié)構(gòu)，為離子的傳輸提供了大量的通道。當(dāng)電壓的掃描速度為50 mV/s時(shí)，體積比電容達(dá)3.79 mF/cm3，10 000次循環(huán)充放電后電容保持率達(dá)95.23%。但此法制備的復(fù)合紗線電極材料電容量較低，難以滿足服用超級(jí)電容器的要求。麻伍軍等[21]采用濕法紡絲工藝得到了石墨烯/PPy復(fù)合纖維，發(fā)現(xiàn)由此石墨烯/PPy復(fù)合纖維制備的超級(jí)電容器在電流密度為0.24 mA/cm2時(shí)，面積比電容達(dá)107. 20 mF/cm2。相較于石墨烯/PPy復(fù)合纖維制備的超級(jí)電容器，分析認(rèn)為導(dǎo)致CNPs/rGO/棉紗線復(fù)合導(dǎo)電紗電極材料制備的超級(jí)電容器比電容低的原因可能是，CNPs與rGO復(fù)合僅產(chǎn)生了雙電層電容，而石墨烯/PPy復(fù)合纖維會(huì)同時(shí)產(chǎn)生贗電容。

石墨烯用于超級(jí)電容器電極材料時(shí)，所提供的雙電層電容并不高；PPy用作超級(jí)電容器電極材料時(shí)，多次充放電后的比容量衰減很快[22-23]。為克服兩者的缺點(diǎn)，本課題將吡咯(Py)與石墨烯電極材料聚合，形成復(fù)合電極材料，以利于電化學(xué)性能的改善。先利用BSA對(duì)棉紗線進(jìn)行表面改性處理，使GO更多地吸附于棉紗線表面，再將GO還原制得rGO/棉紗線電極，最后加入Py進(jìn)行化學(xué)聚合，制備rGO/PPy/棉紗線電極。觀察紗線復(fù)合前后表面形貌的變化，并結(jié)合活性物質(zhì)增量，以及rGO/棉紗線電極和rGO/PPy/棉紗線電極的阻抗，評(píng)價(jià)紗線電極的導(dǎo)電性和電化學(xué)性能，為進(jìn)一步制備超級(jí)電容器的柔性電極材料打下基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

選用47.6 tex(即21 Nm)棉紗線作為電極基體材料。所用化學(xué)藥品如表1所示。

1.2 rGO/PPy/棉紗線電極的制備

rGO/PPy/棉紗線電極制備流程如圖1所示。

表1 試驗(yàn)所用化學(xué)藥品

注*：BSA的分子量68kD

圖1 rGo/PPy/棉紗線電極制備流程

1.2.1 rGO/棉紗線電極的制備

利用1.00 mol/L的NaOH溶液將棉紗線試樣清洗30 min，以去除棉蠟和果膠等雜質(zhì)，取出清洗至溶液呈中性，放入溫度為80 ℃的烘箱中干燥15 min，稱取質(zhì)量；將烘干的棉紗線浸漬到1.5 g/L的BSA溶液中10 min，取出烘干，得到改性的棉紗線；將改性的棉紗線放入4 mg/mL的GO溶液中浸漬10 min，烘干，并反復(fù)多次，制得GO/棉紗線；利用體積分?jǐn)?shù)為55%的HI在35 ℃水浴鍋中對(duì)GO/棉紗線還原15 min，用蒸餾水清洗至中性，烘干即得rGO/棉紗線電極，稱取其質(zhì)量。

1.2.2 rGO/PPy/棉紗線電極的制備

將上述rGO/棉紗線電極放入Py與AQSA的混合溶液中，在0 ℃的冰浴中浸漬30 min，使Py溶液充分滲透到rGO/棉紗線內(nèi)部。其中，Py的濃度為0.12 mol/L，AQSA的濃度為0.01 mol/L。然后將濃度為0.18 mol/L的引發(fā)劑FeCl3·6H2O滴入rGO/棉紗線與Py、 AQSA的混合溶液中，在0 ℃的冰浴中反應(yīng)2 h，取出并沖洗試樣至蒸餾水中無(wú)黑色顆粒物質(zhì)，烘干即得rGO/PPy/棉紗線電極，稱取其質(zhì)量。

1.3 rGO/PPy/棉紗線電極的性能表征

1.3.1 物理性能

1.3.1.1 表面形貌

采用掃描電子顯微鏡，對(duì)棉紗線、GO/棉紗線、rGO/棉紗線電極和rGO/PPy/棉紗線電極的表面形貌進(jìn)行觀察，比較棉紗線表面吸附GO后、HI還原GO后，以及和Py聚合后，紗線表面形貌的變化。

1.3.1.2 活性物質(zhì)

紗線電極上活性物質(zhì)的質(zhì)量是決定電極材料性能好壞的關(guān)鍵。利用電子天平分別稱取棉紗線、rGO/棉紗線電極、rGO/PPy/棉紗線電極的質(zhì)量，計(jì)算紗線電極上活性物質(zhì)的質(zhì)量。

1.3.2 電阻及電化學(xué)性能

電極材料的導(dǎo)電性能將直接影響電極的電化學(xué)性能。

1.3.2.1 電阻

利用萬(wàn)用表測(cè)量rGO/棉紗線電極和rGO/PPy/棉紗線電極的電阻。

1.3.2.2 電化學(xué)性能

利用CHI600D電化學(xué)工作站(上海成華儀器有限公司)測(cè)試紗線電極的電化學(xué)性能。測(cè)試時(shí)采用三電極測(cè)試體系，工作電極為所制備的紗線電極試樣、對(duì)電極為鉑絲網(wǎng)、參比電極為Ag/AgCl參比電極，電解液為1.00 mol/L的NaCl溶液。測(cè)試參數(shù)：

(1) 循環(huán)伏安曲線，最高電位為0.8 V，最低電位為0.0 V，負(fù)向掃描，掃描速度為5 mV/s，靈敏度為0.001 A/V；

(2) 電化學(xué)阻抗譜，掃描頻率為10-2～105Hz；

(3) 恒流充放電，陰、陽(yáng)極電流為0.000 4 A，高電位限制為0.8 V。

2 結(jié)果與分析

2.1 物理性能

2.1.1 表面形貌

圖2為活性物質(zhì)處理前后紗線的SEM照片。其中：圖2(a)為棉紗線放大1 000倍的SEM照片，可看到棉紗線是由棉纖維束集合而成的；圖2(b)為GO/棉紗線放大3 000倍的SEM照片，可看到棉紗線中棉纖維表面已被GO所包覆，GO的片層結(jié)構(gòu)極薄，且某些位置還因片層的疊加或卷曲形成了褶皺，因此具有較大的比表面積；圖2(c)為GO還原后的rGO/棉紗線電極放大3 000倍的SEM照片，棉纖維表面較圖2(b)變得更粗糙且褶皺增多，這可能是CO2和H2O從GO表面脫離時(shí)化學(xué)反應(yīng)造成的；圖2(d)為rGO/PPy/棉紗線電極放大3 000倍的SEM照片，可看到PPy顆粒包覆在rGO片層上，且棉纖維表面的褶皺依然存在，這是因?yàn)閞GO片層的二維碳結(jié)構(gòu)與PPy的苯環(huán)結(jié)構(gòu)間形成了π-π共軛結(jié)構(gòu)[24]?？傊瑀GO/PPy/棉紗線電極表面存在大量的活性物質(zhì)。

(a) 棉紗線

(b) GO/棉紗線

(c) rGO/棉紗線電極

(d) rGO/PPy/棉紗線電極

2.1.2 活性物質(zhì)

棉紗線及紗線電極單位長(zhǎng)度的質(zhì)量和增重率如圖3所示。

圖3 棉紗線及紗線電極單位長(zhǎng)度的質(zhì)量(m)和增重率(Δm)

從圖3可以看出：棉紗線吸附GO并還原后的增重率為45.70%；在rGO/棉紗線電極上再聚合PPy后，增重率為18.43%；rGO/PPy/棉紗線電極總的活性物質(zhì)的增重率為69.06%，大于rGO/棉紗線電極的活性物質(zhì)的增重率。不同活性物質(zhì)的量將影響紗線電極的電阻及電化學(xué)性能。

2.2 電阻及電化學(xué)性能

2.2.1 電阻

圖4為各紗線電極單位長(zhǎng)度的電阻。

圖4 紗線電極單位長(zhǎng)度的電阻(R)

從圖4可以看出：rGO/棉紗線電極單位長(zhǎng)度的電阻為2 470 Ω/cm，具有導(dǎo)電性，說(shuō)明GO/棉紗線還原效果較好。GO本身不具有導(dǎo)電性，還原后含氧官能團(tuán)被去除，其恢復(fù)較好的六元環(huán)結(jié)構(gòu)具有較好的導(dǎo)電通路，所以rGO/棉紗線電極具有導(dǎo)電性。rGO/PPy/棉紗線電極單位長(zhǎng)度的電阻為373 Ω/cm，明顯小于rGO/棉紗線電極，說(shuō)明化學(xué)聚合后，紗線電阻減小。這是因?yàn)镻Py具有良好的導(dǎo)電性，且具有還原作用，可將GO殘留的含氧官能團(tuán)去除，促進(jìn)PPy與rGO聚合，聚合后PPy的苯環(huán)結(jié)構(gòu)與sp2雜化形成的碳六元環(huán)產(chǎn)生π-π共軛作用，導(dǎo)電性增加。

所以，rGO與PPy 聚合是提高紗線導(dǎo)電性的重要途徑。

2.2.2 電化學(xué)性能

2.2.2.1 電容性能

將制備的rGO/棉紗線電極和rGO/PPy/棉紗線電極置于1.00 mol/L的NaCl溶液中，分別于掃描速度為5、 10、 20、 50、 100 mV/s時(shí)進(jìn)行循環(huán)伏安測(cè)試，結(jié)果如圖5所示。

(a) rGO/棉紗線電極

(b) rGO/PPy/棉紗線電極

圖5 紗線電極在不同電壓掃描速度下的循環(huán)伏安曲線

由圖5可知：在0.0～0.8 V電壓范圍內(nèi)，紗線電極在不同掃描速度下的循環(huán)伏安曲線中沒(méi)有出現(xiàn)明顯的氧化還原峰，并呈較理想的矩形圖形；同時(shí)，當(dāng)電壓掃描速度增大時(shí)，循環(huán)伏安曲線所包圍的面積也增大。

比電容是反映電極電化學(xué)性能好壞的重要指標(biāo)。本文對(duì)比了rGO/棉紗線電極和rGO/PPy/棉紗線電極的電容性能，通過(guò)掃描速度為5 mV/s的循環(huán)伏安曲線(圖6)可以看出：在0.0～0.8 V電壓范圍內(nèi)，rGO/PPy/棉紗線電極的曲線包圍面積大于rGO/棉紗線電極的曲線包圍面積，這說(shuō)明添加PPy的電極材料的電容性能更好。原因在于，GO被還原后，rGO片層的間距變大，再經(jīng)與PPy聚合，PPy分子吸附到rGO片層上，這充分利用了rGO大比表面積的優(yōu)點(diǎn)，故rGO/PPy/棉紗線電極的電容性能提高。另外，rGO/PPy/棉紗線電極的循環(huán)伏安曲線圖形保持了較好的形態(tài)，且對(duì)稱性較好，說(shuō)明紗線電極具有良好的充放電可逆性和理想的電容性能。

圖6 掃描速度為5 mV/s時(shí)紗線電極的循環(huán)伏安曲線

2.2.2.2 內(nèi)阻性能

圖7為紗線電極的電化學(xué)阻抗圖，可比較紗線電極的內(nèi)阻及電荷轉(zhuǎn)移速率。從圖7可以看出：在高頻區(qū)，rGO/PPy/棉紗線電極的界面電荷傳遞電阻和內(nèi)阻明顯小于rGO/棉紗線電極。故可以認(rèn)為，PPy作為導(dǎo)電高聚物加入到rGO/棉紗線電極中，可提高紗線電極的導(dǎo)電性，使內(nèi)阻降低。在低頻區(qū)，rGO/PPy/棉紗線電極的直線斜率大于rGO/棉紗線電極，說(shuō)明rGO/PPy/棉紗線電極在電解液中離子擴(kuò)散性能更好。

圖7 紗線電極的電化學(xué)阻抗譜(Z′表示阻抗實(shí)部，Z″表示阻抗虛部)

2.2.2.3 充放電性能

從圖8的恒流充放電曲線可以看出，曲線具有較理想的對(duì)稱性，且自身壓降較小，說(shuō)明紗線電極在電解液中充放電過(guò)程較為可逆，效率較高。

圖8 紗線電極的恒流充放電曲線

根據(jù)恒流充放電曲線可計(jì)算得到三電極體系中復(fù)合紗線的體積比電容：

(1)

式中：CV——體積比電容，F(xiàn)/cm3；I——充放電電流值，A；V——紗線電極的總體積，cm3； ΔV——電壓窗口，V； Δt——放電時(shí)間差，s。

在0.0～0.8V電壓范圍內(nèi)，當(dāng)電流密度為105.00mA/cm3時(shí)，根據(jù)式(1)計(jì)算可得到，rGO/棉紗線電極體積比電容僅為3.51F/cm3，而rGO/PPy/棉紗線電極的體積比電容達(dá)27.63F/cm3。究其原因在于，PPy具有較好的贗電容性能，可與rGO的雙電層性能有效地結(jié)合，故加入PPy可以有效提高電極的充放電效率。

3 結(jié)語(yǔ)

采用化學(xué)還原法和原位化學(xué)聚合法制備rGO/棉紗線電極和rGO/PPy/棉紗線電極，比較聚合PPy前后的紗線電極發(fā)現(xiàn)：rGO/PPy/棉紗線電極的表面被PPy顆粒包覆，紗線電極的活性物質(zhì)增多；加入PPy的紗線電極的導(dǎo)電性提高，電容性能變好。因此，可以將rGO/PPy/棉紗線電極材料用于柔性超級(jí)電容器電極材料的制備。

[1]CHENZ，AUGUSTYNV，WENJ，etal.High-performancesupercapacitorsbasedonintertwinedCNT/V2O5nanowirenanocomposites[J].AdvancedMaterials， 2011， 23(6)： 791.

[2]CUIL，DUZJ，ZOUW，etal.Theinsitugrowthofsilvernanowiresonmulti-walledcarbonnanotubesandtheirapplicationintransparentconductivethinfilms[J].RSCAdvances， 2014， 52(4)： 27591-27596.

[3]WANGHJ，WANGXH，PENGC，etal.PreparationandtheelectrochemicalperformanceofMnO2/PANI/CNTcompositeforsupercapacitors[J].JournalofNanoscienceandNanotechnology， 2015， 15(1)： 709-714.

[4]SELLERSMCK，ZUSSBLATTNP，MARSHCP.Potassiumperruthenate-treatedcarbonnanotubesheetsforflexiblesupercapacitors[J].ElectrochemistryCommunications， 2012， 18： 58-61.

[5]CHOUSL，WANGJZ，CHEWSY，etal.ElectrodepositionofMnO2nanowiresoncarbonnanotubepaperasfree-standing，flexibleelectrodeforsupercapacitors[J].ElectrochemistryCommunications， 2008， 10(11).

[6]ZHAOY，MENGYN，JIANGP.Carbon/MnO2core-shellnanospheresforflexiblehigh-performancesupercapacitorelectrodematerials[J].JournalofPowerSources， 2014， 259(7)： 219-226.

[7]LUXH，ZHENGDZ，ZHAIT，etal.Large-areamanganeseoxidenanorodarraysashigh-performanceelectrochemicalsupercapacitor[J].Energy&EnvironmentalScience， 2011， 4(8)： 2915-2921.

[8]LIZP，MIYJ，LIUXH，etal.Flexiblegraphene/MnO2compositepapersforsupercapacitorelectrodes[J].JournalofMaterialsChemistry， 2011， 38(21)： 14706-14711.

[9]PEISF，ZHAOJP，DUJH，etal.Directreductionofgrapheneoxidefilmsintohighlyconductiveandflexiblegraphenefilmsbyhydrohalicacids[J].Carbon， 2010， 48(15)： 4466-4474.

[10]MENGY，ZHAOY，HUC，etal.All-graphenecore-sheathmicrofibersforall-solid-state，stretchablefibriformsupercapacitorsandwearableelectronictextiles[J].AdvancedMaterials， 2013， 25(16).

[11]LIMYS，TANYP，LIMHN，etal.Preparationandcharacterizationofpolypyrrole/graphenenanocompositefilmsandtheirelectrochemicalperformance[J].JournalofPolymerResearch， 2013， 20(6)：156.

[12]BUTLERSZ，HOLLENSM，CAOLY，etal.Progress，challenges，andopportunitiesintwo-dimensionalmaterialsbeyondgraphene[J].AcsNano， 2013， 7(4)： 2898-2926.

[13]SAHITOIA，SUNKC，ARBABAA，etal.Integratinghighelectricalconductivityandphotocatalyticactivityincottonfabricbycationizingforenrichedcoatingofnegativelychargedgrapheneoxide[J].CarbohydratePolymers， 2015， 130(10)： 299-306.

[14]YANGZB，DENGJ，CHENXI，etal.Ahighlystretchable，fiber-shapedsupercapacitor[J].AngewandteChemieInternationalEdition， 2013， 52(50)： 13453-13460.

[15]BAEJ，SONGMK，PARKYJ，etal.Fibersuperca-pacitorsmadeofnanowire-fiberhybridstructuresfor

wearable/flexibleenergystorage[J].AngewandteChemieInternationalEdition， 2011， 50(7)： 1683-1690.

[16]YUZ，THOMASJ.Energystoringelectricalcables：Integratingenergystorageandelectricalconduction[J].AdvancedMaterials， 2014， 26(25)： 4279-4285.

[17]CHENPC，SHENGZ，SUKCHAROENCHOKES，etal.FlexibleandtransparentsupercapacitorbasedonIn2O3nanowire/carbonnanotubeheterogeneousfilms[J].AppliedPhysicsLetters， 2009， 94(4)：997.

[18]WANGK，ZHAOP，ZHOUXM，etal.Flexiblesupercapacitorsbasedoncloth-supportedelectrodesofconductingpolymernanowirearray/SWCNTcomposites[J].JournalofMaterialsChemistry， 2011， 21(41)： 16373-16378.

[19]MCCREERYRL.Advancedcarbonelectrodematerialsformolecularelectrochemistry[J].ChemicalReviews， 2008， 108(7)： 2646-2687.

[20]YEX，ZHOUQL，JIACY，etal.Aknittablefibriformsupercapacitorbasedonnaturalcottonthreadcoatedwithgrapheneandcarbonnanoparticles[J].ElectrochimicaActa， 2016， 206(7)： 155-164.

[21] 麻伍軍，陳少華，朱美芳.基于碳基纖維的柔性超級(jí)電容器[J].中國(guó)材料進(jìn)展，2016，35(2) ： 118-127.

[22]WANGJP，XUYL，WANGJ，etal.Towardahighspecificpowerandhighstabilitypolypyrrolesupercapacitors[J].SyntheticMetals， 2011， 161(11-12)： 1141-1144.

[23]XUCH，SUNJ，GAOL.Synthesisofnovelhierarchicalgraphene/polypyrrolenanosheetcompositesandtheirsuperiorelectrochemicalperformance[J].JournalofMaterialsChemistry， 2011， 30(21)： 11253-11258.

[24]QIANT，YUCF，WUSS，etal.Afacilelypreparedpolypyrrole-reducedgrapheneoxidecompositewithacrumpledsurfaceforhighperformancesupercapacitorelectrodes[J].JournalofMaterialsChemistryA， 2013， 22(1)： 6539-6542.

Study on the preparation and performance of electrode made of rGo/PPy/cotton yarn

WangYiying，DaiXingyu，NieWenqi，HuJiyong，LiQiao，YangXudong，DingXing

Key Lab of Textile Science & Technology， Ministry of Education， Donghua University， Shanghai 201620， China

Flexible super capacitors require excellent conductivity and capacitance of the electrode materials. To improve the conductivity and capacitance of yarn’s electrode， the cotton yarn， graphene oxide(GO) and pyrrole(Py) were used as raw materials to prepare graphite(rGO)/polypyrrole(PPy)/cotton yarn electrode through the chemical reduction method and in-situ chemical polymerization method. The surface morphology of the electrode materials was observed before and after PPy polymerization， and the electric resistance and electrochemical properties of the electrode materials before and after PPy polymerization were measured. The results showed that PPy particles covered the surface of rGO/cotton yarn， the rGO/PPy/cotton yarn electrode’s resistance in per unit length reduced to 373 Ω/cm， and the rGO/PPy/cotton yarn electrode’s volume ratio capacitance was 27.63 F/cm3when the current density was 105.00 mA/cm3. The electrochemical performances of the rGO/ PPy/cotton yarn electrode were much better than those of rGO/cotton yarn electrode. The introduction of PPy would greatly improve the conductivity and capacitance of the rGO/cotton yarn electrode， which was suitable for preparing the electrode materials of flexible super capacitors.

yarn electrode，flexible super capacitor，graphene， polypyrrole， chemical polymerization，electrochemical performance

2016-10-24

王藝穎，女，1993 年生，在讀碩士研究生，

研究方向?yàn)閺?fù)合紗線超級(jí)電容器電極材料

丁辛，E-mail： xding@dhu.edu.cn

TS101.8

A

1004-7093(2017)05-0020-07