一种自支撑柔性超级电容器

摘要

本发明属于储能器件技术领域，具体涉及一种自支撑柔性超级电容器。本发明的自支撑柔性超级电容器，包括两片电极和位于两片电极之间的电解质，所述两片电极均为细菌纤维素基碳气凝胶电极，其中电极材料以细菌纤维素为前驱体，在TEMPO/NaBr/NaClO氧化体系下严格控制反应条件，通过工艺优化制得具有稳定结构、高比表面积、高孔隙率、高弹性和高柔性的碳气凝胶。本发明的柔性超级电容器不需要导电剂、粘结剂和集流体，既有利于降低内阻，提高超级电容器的比电容、能量密度和功率密度，保证良好的导电率、倍率性能和循环稳定性，还可实现自支撑柔性超级电容器的轻量化和绿色化生产。

权利要求

1.一种自支撑柔性超级电容器，包括两片电极和位于两片电极之间的电解液，其特征在于，所述两片电极均为细菌纤维素基碳气凝胶电极；

所述细菌纤维素基碳气凝胶电极通过如下方法制得：(1)将四甲基哌啶氧化物和溴化钠溶于水中，搅拌得混合溶液；

(2)将细菌纤维素分散液加入混合溶液，再加入次氯酸钠水溶液和盐酸，随后加入氢氧化钠水溶液进行反应并持续滴加至反应结束，得到的反应产物用水清洗；

(3)再加入水和叔丁醇的混合溶液，搅拌形成均匀的水凝胶；

(4)将水凝胶冷冻干燥得到气凝胶，再经碳化得到细菌纤维素基碳气凝胶。

2.根据权利要求1所述的自支撑柔性超级电容器，其特征在于，所述步骤(1)的混合溶液中四甲基哌啶氧化物的浓度为0.01‑0.2g/L，溴化钠的浓度为0.5‑3g/L。

3.根据权利要求1所述的自支撑柔性超级电容器，其特征在于，所述步骤(2)中次氯酸钠水溶液的浓度质量百分比为6‑14％。

4.根据权利要求3所述的自支撑柔性超级电容器，其特征在于，所述步骤(2)中加入的氢氧化钠水溶液的浓度为0.4‑0.6M。

5.根据权利要求3或4所述的自支撑柔性超级电容器，其特征在于，步骤(2)的反应过程中控制溶液的pH值为9.5‑10.5。

6.根据权利要求1所述的自支撑柔性超级电容器，其特征在于，所述步骤(3)加入的水和叔丁醇的体积比为3‑8:1。

7.根据权利要求1所述的自支撑柔性超级电容器，其特征在于，所述步骤(4)中碳化的温度为500‑1450℃，碳化时间为1‑3h。

8.一种如权利要求1所述的自支撑柔性超级电容器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将细菌纤维素基碳气凝胶电极浸入电解液中，取出后将两片电极对称地贴合在一起，干燥，完成组装，得到自支撑柔性超级电容器。

说明书

一种自支撑柔性超级电容器

技术领域

[0001] 本发明属于储能器件技术领域，具体涉及一种自支撑柔性超级电容器。

背景技术

[0002] 超级电容器(SCs)是一种新型高效储能器件，具有高功率密度、快速充放电、长循环寿命、安全性能优异、工作温度范围宽等特点，在汽车行业、电子设备、工业、军事及绿色
能源等领域的应用越来越广泛。超级电容器主要由活性电极材料、电解液、集流体和隔膜等
基本部件组成，其中活性电极材料是储存电荷和释放能量的载体，也是影响超级电容器性
能的关键因素。根据电极储能机理可将超级电容器分为双电层电容器和赝电容器。具有多
孔结构和高比表面积的碳质材料是双电层电容器使用的主要电极活性材料，然而双电层电
容器的电容性能较差，故选用合适的碳材料并进行孔径尺寸调节、增大比表面积、表面改性
对提高双电层超级电容器的比电容、离子迁移速率等性能具有重要意义。

[0003] 另一方面，随着新一代移动电子便携式设备、可植入医疗设备、柔性电子产品等领域的快速发展，柔性超级电容器因其轻量化、微型化、易携带、性能优异且持久耐用的优点
而备受关注。相比于传统的超级电容器，柔性超级电容器对柔性电极材料的要求也更高，需
要有良好的柔韧性、机械强度、导电性以及自支撑能力。由于不添加非活性材料和粘结剂，
电极电阻小、能量密度大，柔性超级电容器的电化学性能也更好。目前，柔性超级电容器的
电极材料主要采用导电聚合物、过渡金属化合物以及碳纤维、碳纳米管、石墨烯等碳基材
料，如中国专利CN107342173B中以石墨烯纸及复合于石墨烯纸的三维多孔石墨烯为柔性超
级电容器电极。

[0004] 然而，目前的电极材料大多难以自支撑成膜，需要依靠柔性或绝缘基板，还存在电导率低、对电解质浸润性差、机械强度和柔韧性差、电化学稳定性不好等问题。而碳气凝胶
(CA)是一种轻质、形状多变的纳米级多孔碳材料，近年来由于具有孔隙率高、理论比表面积
大和电导率高等优异的物理和化学性能而受到广泛关注。碳气凝胶具有三维网状孔洞，其
高比表面积的特性使得自身碳骨架能够促进电子转移并提供丰富的活化位点，同时它还可
以充当电解液的存储缓冲区，优异的导电性和良好的机械强度使其成为超级电容器电极的
理想材料。

[0005] 尽管碳气凝胶具有较高的导电率，但实际比表面积并不高，且受双电层储能机理限制，其比电容量仍难以满足更高储能系统的要求。因此，对碳气凝胶进行改性或掺杂制得
复合电极材料，提高其比表面积和多孔特性，是目前提高超级电容器电化学性能普遍采用
的方法。如公开号为CN111180219A的中国专利申请提出了一种基于PI/ZrO2纳米纤维碳气
凝胶柔性超级电容器的制备方法，其制得的复合碳气凝胶内部为纳米纤维与支撑体组装形
成，可见其仍然需要柔性支撑体来制备复合电极材料，制备过程复杂。此外，对于碳气凝胶
在超级电容器中的应用探索，目前普遍停留在提高碳气凝胶比表面积利用率和孔隙率上，
而欠缺对碳气凝胶其他方面的研究，例如提高其作为柔性电极的机械形变能力。

[0006] 以生物质为前驱体制备碳气凝胶材料虽然已引起研究人员的广泛关注，其中细菌纤维素(BC)具有丰富化学结构，且成本低可大规模制备，成为制备纳米材料的候选者，但BC
之间由纤维组成的多孔网络结构在高温热解过程中易碎，纤维素链中大量的O原子和OH基
团进一步导致碳网络中存在大量的缺陷，加剧了结构坍塌。而目前为了解决碳气凝胶本身
存在机械稳定性差和碳网络缺陷的问题，主要通过混入第二相(如石墨烯、碳纳米管、还原
氧化石墨烯等)以增加柔性电极的模量和强度，以改善混合气凝胶的机械性能。但总体上，
BC或其他生物质衍生的碳气凝胶在实际应用环境中很少会在多次压缩下表现出高柔韧性，
也很少有人探索其在超级电容器的独立式电极中的应用。

发明内容

[0007] 本发明的目的是针对上述技术问题，提供一种以高柔韧性的细菌纤维素基碳气凝胶为电极材料的自支撑柔性超级电容器，该柔性超级电容器具有良好的电化学性能和优异
的力学性能。

[0008] 本发明的上述目的通过以下技术方案得以实施：

[0009] 一种自支撑柔性超级电容器，包括两片电极和位于两片电极之间的电解质，所述两片电极均为细菌纤维素基碳气凝胶电极。

[0010] 生物质材料来源广泛，可再生且对环境污染小，非常适合作为碳气凝胶的前驱体原料，在绿色能源领域备受关注。而植物、海洋生物等材料制备的碳气凝胶脆性较大，相比
之下细菌纤维素(BC)具有坚实的韧性，持水能力和机械强度均高于植物纤维素，且成本低、
可大规模制备，具有更大的产业开发价值。由于细菌在合成纤维素的过程中在三维空间内
自由运动，控制了纤维素的堆积和排列，从而形成高度发达的网络结构，本发明以具有丰富
孔隙结构的细菌纤维素基碳气凝胶作为电极材料，可满足超级电容器高比电容、高倍率性
能的需求。

[0011] 优选地，本发明所述的细菌纤维素基碳气凝胶电极通过如下方法制得：

[0012] (1)将四甲基哌啶氧化物(TEMPO)和溴化钠(NaBr)溶于水中，搅拌得混合溶液；

[0013] (2)将BC分散液加入上述混合溶液，再加入次氯酸钠(NaClO)水溶液和盐酸，随后加入氢氧化钠(NaOH)水溶液进行反应并持续滴加至反应结束，得到的反应产物用水清洗；

[0014] (3)再加入水和叔丁醇的混合溶液，搅拌形成均匀的水凝胶；

[0015] (4)将水凝胶冷冻干燥得到气凝胶，再经碳化得到细菌纤维素基碳气凝胶。

[0016] 优选地，本发明所用细菌纤维素为醋酸菌属的细菌合成的纤维素。

[0017] 细菌纤维素碳气凝胶具有丰富的化学结构，通过聚合物链之间的氢键交联的纳米纤维构成坚固且具有较强的机械性的3D网络结构。然而BC衍生的碳气凝胶是石墨烯层通过
3
sp C交联，使层间滑动非常困难，极易导致碳气凝胶的硬度和脆性。生物质凝胶结构对其
衍生的碳气凝胶的结构和性能有重要影响。目前的BC基碳气凝胶多通过溶胶‑凝胶法制得，
但在实际应用中很难在多次压缩下表现出高柔韧性。本发明采用TEMPO作为氧化催化剂，与
溴化钠和次氯酸钠构成TEMPO/NaBr/NaClO氧化体系，对细菌纤维素进行官能团的氧化，再
在酸性条件下维持氧化体系的稳定。未氧化的细菌纤维素在水中不能完全溶解，而本发明
提供的氧化体系可有效解决细菌纤维素在水中的分散问题，使纤维之间形成纤维焊接，有
利于碳气凝胶结构上的稳定性，同时可以提高其机械强度。

[0018] 本发明方法制得的BC基碳气凝胶具有良好的机械强度和柔韧性，是超级电容器柔性电极的理想材料，并且本发明的细菌纤维素基碳气凝胶电极仅由BC基碳气凝胶薄膜组
成，不需要添加导电剂、粘结剂也能具有很高的导电率，同时还能提高电极的功率密度和能
量密度。本发明的电极也不需要使用集流体或依赖任何柔性基底，BC基碳气凝胶在弯折、拉
伸等过程中表现出很好的柔韧性和强度，可实现柔性超级电容器的自支撑和轻量化。

[0019] 优选地，所述步骤(1)的混合溶液中TEMPO的浓度为0.01‑0.2g/L，NaBr的浓度为0.5‑3g/L。

[0020] 进一步优选，所述步骤(1)的混合溶液中TEMPO的浓度为0.16g/L，NaBr的浓度为1g/L。

[0021] TEMPO介导的氧化反应对纳米晶体纤维素的表面修饰具有特定的区域选择性。在碱性条件下，当TEMPO同NaBr、NaClO共存时，可选择性地将细菌纤维素表面的C6位伯醇羟基
转化为羧基，表面大量均匀分布的羧基有利于增加细菌纤维素在水中的溶解性。而随着反
应的持续进行，纤维素分子还会发生剥皮反应生成葡萄糖基和纤维素末端偏变糖酸基，其
中葡萄糖基还可被氧化成葡萄糖醛酸等小分子酸，进一步提高了细菌纤维素的分散性和稳
定性。尽管氧化反应改变了纤维素的表面结构，但并未改变纤维素分子原有的晶体结构，氧
化后的结晶度和晶粒尺寸也无明显变化。氧化后的细菌纤维素表面带有大量羧酸根阴离
子，相互之间存在静电排斥和渗透效应，在轻微的机械搅拌处理下即可使细菌纤维素完全
均匀地分散于水溶液中，得到高透明度、高柔性和抗拉强度的纤维素凝胶。

[0022] 优选地，所述步骤(2)的反应过程中控制溶液的pH值为9.5‑10.5。

[0023] 进一步优选，所述步骤(2)的反应过程中控制溶液的pH值为10。

[0024] 优选地，所述步骤(2)中加入的NaOH水溶液的浓度为0.4‑06M。

[0025] 进一步优选，所述步骤(2)中加入的NaOH水溶液的浓度为0.5M。

[0026] 氧化反应结束后，用去离子水清洗反应产物，同时可回收利用作为催化剂的TEMPO，即可降低生产成本，又能循环使用原料，实现纤维素碳气凝胶的绿色合成。

[0027] 优选地，所述步骤(2)中BC分散液的浓度为0.5‑0.7％。

[0028] 本发明中，BC溶解于离子水溶液后，再加入高浓度的离子液体，可增加碳气凝胶的弹性和透明度。离子液体中游离态的阴离子和阳离子可以给出和接受电子，先后进入纤维
素结构的无定形区和结晶区，破坏纤维素分子间和分子内的氢键作用，与纤维素分子链络
合从而形成溶胶，有助于生成较高弹性的碳气凝胶。

[0029] 优选地，所述步骤(2)中NaClO水溶液的浓度质量百分比为6‑14％。

[0030] 优选地，所述步骤(2)中加入的NaClO水溶液和盐酸的体积比为1:1。

[0031] 碳材料在活化过程中生成的气体可以在材料结构中来回穿梭，使微小的孔坍塌扩大原有的孔隙结构，从而丰富材料的孔径尺寸。本发明先形成酸性氧化体系，最后加入NaOH
溶液引发氧化反应，BC反应生成的CO2、CO、H2和H2O能打开封闭的毛孔，使较小的微孔结构坍
塌扩大孔隙结构，使材料的孔径尺寸更丰富，同时生成的金属单质通常会嵌入到碳基质中，
水洗去除时留下孔洞，从而进一步增加碳材料的孔隙率和比表面积，有助于形成孔隙发达
的碳气凝胶材料。

[0032] 优选地，所述步骤(3)加入的水和叔丁醇的体积比为3‑8:1。

[0033] 进一步优选，所述步骤(3)加入的水和叔丁醇的体积比为5:1。

[0034] 细菌纤维素形成水凝胶后经过干燥才能制得多孔结构的气凝胶。而生物质纤维素凝胶由于分子链上羟基的亲水作用，在溶剂交换和干燥过程容易发生结构收缩，因此干燥
技术是制备高比表面积碳气凝胶的重要步骤。冷冻干燥是目前纤维素凝胶干燥处理的技
术。在冷冻过程中，生长中的冰晶将相互交联的纳米纤维挤到一边，形成薄片状结构，在真
空状态下冰晶升华消失，最终形成开放、连续的多孔纳米结构。而本发明采用低表面张力的
叔丁醇置换水溶剂，可降低普通冷冻干燥引起的结构收缩，保持冷冻干燥过程中纤维结构
不坍塌，从而使得到的碳气凝胶具有更高的比表面积。在本发明的优选实施例中，采用在液
氮中预先深度冷冻干燥的方式更有效地降低了样品的收缩率，使制备的BC基碳气凝胶具有
更好的导电性能。

[0035] 优选地，所述步骤(4)中的碳化为在氮气或氩气等惰性气氛中进行。

[0036] 优选地，所述步骤(4)中碳化的温度为500‑1450℃，碳化时间为1‑3h。

[0037] 本发明的BC在高温热解过程可较完整地保存三维网状多孔结构，并且高温碳化可对气凝胶表面进行化学和结构改性，使其进一步形成高度无序的无定形碳和石墨结构。碳
化温度对碳气凝胶的结构也有显著影响，通常碳化温度的升高会增加碳材料的石墨化程
度，同时导电性也会增强，但当温度继续升高，石墨化程度又会明显下降。本发明通过对碳
化温度的控制，可以有效优化碳气凝胶的石墨化结构及导电性。

[0038] 进一步优选，所述步骤(4)中碳化温度为800℃，碳化时间为2h。

[0039] 本发明还在于提供一种自支撑柔性超级电容器的制备方法，包括如下步骤：

[0040] 将两片涂覆有电解质的细菌纤维素基碳气凝胶电极对称地贴合在一起，干燥，即完成组装，得到自支撑柔性超级电容器。

[0041] 优选地，本发明所述所述电解液为酸性电解液、碱性电解液、中性电解液、有机电解液或固态导电聚合物电解液。

[0042] 在进一步优选的实施方式中，本发明的柔性超级电容器仅由BC基碳气凝胶电极和固态电解液组成，BC基碳气凝胶的发达孔隙结构有利于电解质快速而充分的浸润，将两片
电极对称贴合后，电解质可均匀渗透于细菌纤维素基碳气凝胶电极的孔洞结构中，同时由
于本发明的电极材料中未添加粘合剂，也未使用隔膜，因而内部有更多的离子传输通道，大
大提高电导率、倍率性能和循环稳定性。

[0043] 本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

[0044] 1、本发明的超级电容器直接以孔隙发达的细菌纤维素基碳气凝胶作为电极材料，不添加导电剂和粘结剂，不仅具有良好的导电率，还有利于降低内阻，大大提高超级电容器
的比电容、能量密度和功率密度。

[0045] 2、采用本发明方法制得的细菌纤维素碳气凝胶结构稳定，机械性能良好，且具有很高的柔性、弹性和抗形变能力，作为自支撑柔性超级电容器的电极材料时可不使用集流
体，实现了轻量化组装，制得的超级电容器即使在弯曲、折叠等情形下也能表现出良好的电
化学性能。

[0046] 3、本发明以细菌纤维素为前驱体，在TEMPO/NaBr/NaClO氧化体系下严格控制反应条件，有效提高了细菌纤维素的分散性和结构稳定性，使制得的BC基碳气凝胶具有高机械
强度、高比表面积和高孔隙率。

[0047] 4、本发明的自支撑超级电容器仅由细菌纤维素基碳气凝胶电极和固态电解质组成，组装工艺简单，同时电解质充分渗透于电极材料的孔洞结构中可保证有效的离子传输，
提高电导率、倍率性能和循环稳定性。

[0048] 5、本发明制备BC基碳气凝胶电极材料的前驱体来源丰富且可再生，成本低，该方法可在绿色能源领域实现产业化生产。

附图说明

[0049] 图1为实施例1的超级电容器在不同扫描速率下的CV曲线图。

[0050] 图2为实施例1的超级电容器在不同电流密度下的GCD曲线图。

[0051] 图3为实施例1的超级电容器在不同弯曲角度下的CV曲线图。

[0052] 图4为实施例1的超级电容器在不同弯曲角度下的比电容变化图。

[0053] 图5为实施例1的超级电容器在弯曲45°固定角度时循环1～500周的CV曲线图。

[0054] 图6为实施例1的超级电容器在弯曲45°固定角度时循环1～500周的比电容变化图。

[0055] 图7为实施例2和对比例1中BC基碳气凝胶电极在三电极体系下以100mV s‑1的扫描速率测得的CV曲线图。

[0056] 图8为实施例2和对比例1中BC基碳气凝胶电极在三电极体系下0.5A g‑1恒流充放电测得的GCD曲线图。

具体实施方式

[0057] 下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步描述说明。如果无特殊说明，本发明的实施例中所采用的原料均为本领域常用的原料，实施例中所采用的方法，均为本
领域的常规方法。应当理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于帮助理解本发明，不用于
本发明的具体限制。

[0058] 实施例1

[0059] 实施例1提供一种自支撑柔性超级电容器，包括两片柔性电极和位于两片电极之间的固态电解液，通过如下方法制得：

[0060] A.细菌纤维素基碳气凝胶电极的制备：

[0061] (1)将0.016g TEMPO和0.1g NaBr混合溶于100mL去离子水中，搅拌1小时，得混合溶液；

[0062] (2)将14mg BC分散液加入上述混合溶液，随后在室温下加入6‑14％的NaClO水溶液2mL和盐酸2mL，再加入0.5M的NaOH水溶液进行反应，并持续滴加使反应液的pH值保持在
10.0左右，得到的反应产物用去离子水彻底清洗；

[0063] (3)再加入25mL水和叔丁醇(5:1，v/v)的混合溶液，室温下搅拌2小时形成均匀的水凝胶；

[0064] (4)将得到的水凝胶在液氮中预先冷冻24h，再放入真空冷冻干燥机中干燥处理48h，再将干燥后的气凝胶放入管式电阻炉中高温碳化，在N2气氛中以3℃/min的速率升温
至800℃，保温2h，待管式电阻炉冷却后取出，得到细菌纤维素基碳气凝胶电极。

[0065] B.聚乙烯醇‑氢氧化钾(PVA‑KOH)电解液的制备：

[0066] 称取PVA3g，加入30mL去离子水中，在90℃水浴中溶解形成均匀溶液，加入3g氢氧化钾溶解在10ml水中后，等待PVA溶液冷却后进行搅拌形成凝胶，室温固化后形成PVA‑KOH
电解液。

[0067] C.电容器的组装：

[0068] 将两片细菌纤维素基碳气凝胶电极在PVA‑KOH凝胶电解液中浸泡1h，取出后将两片电极面对面对称地贴合在一起，在室温条件下压片干燥，完成组装，得到三明治结构的自
支撑固态柔性超级电容器。

[0069] 对实施例1制得的自支撑柔性超级电容器进行电化学性能测试，得到如图1所示的‑1 ‑1
CV曲线和图2所示的GCD曲线图。结果显示，在扫描速率由5mV s 增加至80mV s 的范围内，
实施例1所得超级电容器的CV曲线均呈现平滑的近似平行四边形的形状，没有发生明显变
化，可见该超级电容器具有优异的倍率性能和良好的电化学可逆反应。这是由于BC基碳气
凝胶电极具有高比表面积和高孔隙率的发达网络结构，且减少了粘结剂等非活性材料的使
用，有效保证了电子的快速传输和离子的快速扩散，因而能够对不断增加的扫描速率作出
快速响应。从图2也可看出，在不同电流密度下，该超级电容器的充放电曲线均为近似三角
形，几乎没有电压平台等平缓区域，有较好的对称性，表明柔性超级电容器可以进行快速的
电荷吸附和脱附，具有良好的循环性能。

[0070] 将实施例1所得超级电容器弯曲不同角度进行电化学性能测试，结果显示，该超级电容器在弯曲0°、45°、90°、135°和180°时的CV曲线基本重合(如图3所示)，可见以BC基碳气
凝胶作为自支撑电极制得的柔性超级电容器可在不同弯曲角度下均保持一致的电容行为，
即使弯曲180°也不会出现比电容下降或任何损坏情况(如图4所示)，表明BC基碳气凝胶电
极具有超高弹性和稳健的抗形变能力。

[0071] 在将实施例1制得的超级电容器弯曲45°固定角度的情况下，循环1周和500周得到的CV曲线(见图5)基本一致，无明显区别，并且如图6所示，测得的比电容也没有明显变化，
整体外观几乎不变，可见该自支撑柔性超级电容器具有良好的结构稳定性，表现出优异的
力学性能。

[0072] 实施例2

[0073] 实施例2提供一种自支撑柔性超级电容器，包括两片电极以及位于两片电极之间的电解液和纤维素凝胶隔膜，其中细菌纤维素基碳气凝胶电极的制备方法与实施例1相同，
电解液为KOH溶液，电容器的组装方法为：

[0074] 将两片细菌纤维素基碳气凝胶电极在KOH电解液中浸泡6h，取出后将两片电极面对面放置，中间放置一层纤维素隔膜，组装到纽扣电池内方便测试，得到自支撑柔性超级电
容器。

[0075] 对比例1

[0076] 对比例1的超级电容器与实施例2的区别仅在于细菌纤维素基碳气凝胶电极的制备方法不同，即采用常规方法制备碳气凝胶：

[0077] 先将细菌纤维素用去离子水浸泡至中性，再用液氮冷冻24h，接着放入真空冷冻干燥机中干燥处理48h，再放入管式电阻炉中高温碳化，在N2气氛中以3℃/min的速率升温至
800℃，保温2h，待管式电阻炉冷却后取出，得到细菌纤维素基碳气凝胶电极。

[0078] 分别取实施例2和对比例1中制得的细菌纤维素基碳气凝胶电极在三电极体系下进行电化学性能测试，以Ag/AgCl电极为参比电极，铂片电极为对电极，6M KOH溶液为电解
‑1
液。以100mV s 的扫描速率测得的循环伏安曲线如图7所示，比较发现实施例2的CV曲线呈
现更大的矩形面积，表明实施例2的碳气凝胶电极相比对比例1具有更好的储能能力。在
‑1
0.5A g 条件下测得的充放电曲线如图8所示，计算得实施例2和对比例1中BC基碳气凝胶电
‑1
极的比电容分别为268和154F g ，可见本发明方法制备的BC基碳气凝胶电极具有更高的比
电容。

[0079] 本发明的制备方法改善了纤维素碳气凝胶的孔隙结构，不仅有效增强了碳气凝胶的结构稳定性，使其具备优异的机械强度和力学应变性能，在不依赖集流体或其他基底的
情况下也能作为独立式电极使用，减小超级电容器的体积和重量，同时简化了装配工艺。本
发明制得的细菌纤维素基碳气凝胶电极具有较高的柔性和弹性，从而可保证自支撑柔性超
级电容器在180度弯曲下仍能保持较高的比容量。BC基碳气凝胶本身发达的孔隙结构便于
电解质的充分浸润，使其在不添加导电剂和粘结剂的情况下也能拥有高导电率，且使超级
电容器的能量密度和功率密度更高，有更好的倍率性能和更长的循环使用寿命。

[0080] 以上实施例对本发明要求保护的技术方案参数范围内点值未穷尽之处以及在实施例技术方案中对单个或者多个技术特征的同等替换形成的新的技术方案，同样都在本发
明要求的保护范围内，并且本发明方案所有涉及的参数间如无特别说明，则相互之间不存
在不可替换的唯一组合。

[0081] 本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明，并不用于限定本发明的保护范围。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的
修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书
所定义的范围。