[發(fā)明專利]一種電化學(xué)改性石墨電極

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910229452.6
• 申請日: 2009-10-26
• 公開（公告）號: CN101697323A
• 公開（公告）日: 2010-04-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐海波;蘆永紅;范新莊
• 申請（專利權(quán)）人: 中國海洋大學(xué)
• 主分類號: H01G9/058
• 分類號: H01G9/058
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電化學(xué)改性石墨電極，屬于應(yīng)用電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

應(yīng)用電化學(xué)是將有關(guān)的電化學(xué)原理應(yīng)用于與實際生產(chǎn)過程相關(guān)的領(lǐng)域，其任務(wù)是多種多樣的，其中重要的有：電化學(xué)新能源體系的開發(fā)和利用，金屬的表面精飾，電化學(xué)腐蝕和防護，電化學(xué)傳感器的開發(fā)以及無機、有機化合物的電解合成等。應(yīng)用電化學(xué)工業(yè)離不開電極，電極材料的選擇極為重要。電極過程的方向和動力學(xué)、電極和電解槽的結(jié)構(gòu)型式與電槽壽命、維修費用和勞動力消耗以及工藝過程的動力指標等都在很大程度上取決于電極的結(jié)構(gòu)和所用的材料，尤其是在進行電極型式和電槽結(jié)構(gòu)設(shè)計時，都和電極材料的耐用性、導(dǎo)電性、電催化活性和電能消耗有著密切的關(guān)系，不斷研制性能優(yōu)越的新型電極材料始終受到很大的關(guān)注。

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們對綠色能源和生態(tài)環(huán)境越來越關(guān)注。電化學(xué)電容器(也叫做超級電容器)作為一種新型儲能器件，日益受到重視。與目前廣泛使用的各種儲能器件相比，電化學(xué)電容器電荷存儲能力遠高于物理電容器，充放電速度和效率又優(yōu)于一次或二次電池。此外，電化學(xué)電容器還具有對環(huán)境無污染、循環(huán)壽命長、使用溫度范圍寬、安全性高等特點。電化學(xué)電容器與氫動力汽車、混合動力汽車和電動汽車的發(fā)展密切相關(guān)，與燃料電池、鋰離子電池等能量供給器件相結(jié)合，能夠滿足啟動、爬坡等條件下的瞬時高功率需求。

電化學(xué)電容器技術(shù)的發(fā)展核心是電極材料。電化學(xué)電容器按照儲能機制可分為兩種：雙電層電容器和法拉第準電容器。雙電層電容器依靠電極材料與電解質(zhì)界面形成的電化學(xué)雙電層來存儲電荷，電極材料要求具有高比表面積，典型材料是多孔炭材料(例如，活性碳)，電解質(zhì)為有機或水溶液體系，為了滿足更高的能量密度要求實用中大多采用有機溶液體系；然而，多孔炭材料的能量密度和功率密度在大電流密度條件下通常迅速衰減，很難滿足電動汽車等對電化學(xué)電容器高能量/高功率密度的迫切需求。法拉第準電容器依賴電極材料在電解質(zhì)中的快速氧化還原反應(yīng)來存儲電荷，電解質(zhì)通常為水溶液體系；電極材料要求具有可逆的、快速氧化還原反應(yīng)，典型材料是過渡族金屬氧化物(例如，水合氧化釕)和導(dǎo)電聚合物(例如，聚苯胺)，它們在單位面積上可以存儲更多的電荷；然而，它們存在材料成本高，穩(wěn)定性能差，使用壽命短等缺點。

石墨晶體結(jié)構(gòu)完整，穩(wěn)定性好，導(dǎo)電性高，通常作為電化學(xué)電容器電極的導(dǎo)電劑。在美國專利US2009059474A1和US2009061312A1中公開了一種石墨作為導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的復(fù)合電化學(xué)電容器電極材料及其制備方法。在中國專利CN101009161A中公開了一種高比表面鱗片狀石墨作為電極材料的電化學(xué)電容器，展示了可以比擬活性碳的優(yōu)異雙電層電容特性。H.Y.Wang等人(Electrochem.Commun.10(2008)382)的研究表明石墨可以作為混合電化學(xué)電容器的正極材料。然而，利用石墨電極的準電容特性作為電化學(xué)電容器的電極至今尚未見報道。

眾所周知，碳材料經(jīng)過化學(xué)或電化學(xué)氧化處理后，其表面會生成含氧活性基團，從而具有了一定的準電容特性。Sullivan等人(J.Electrochem.Soc.147(2000)2636)報道了玻碳電極經(jīng)過電化學(xué)改性后，具有準電容特性，可以作為電化學(xué)電容器的電極材料，但存在準電容量低、使用的玻碳電極價格高、電化學(xué)活化時間較長等缺點。綜合上述雙電層電容器和法拉第準電容器電極材料的優(yōu)缺點，可以看出，開發(fā)一種高能量/高功率密度、低材料成本、高穩(wěn)定性、長壽命的并可工業(yè)化生產(chǎn)的電極材料是電化學(xué)電容器目前急需解決的一個關(guān)鍵問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種電化學(xué)改性石墨電極，其具有高能量及高功率密度、高導(dǎo)電性、低材料成本、高穩(wěn)定性、長壽命等特點，并且制造簡易、生產(chǎn)成本低。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，一種電化學(xué)改性石墨電極，其由石墨本體和活化層組成，活化層附著在石墨本體的表面上；其中：石墨本體是由石墨材料構(gòu)成的塊體；活化層是直接由石墨本體在具有離子導(dǎo)電性的水性電解質(zhì)溶液中經(jīng)過電化學(xué)氧化和電化學(xué)還原循環(huán)處理后得到的產(chǎn)物。