[發(fā)明專利]一種石墨烯/聚吡咯納米管復合材料以及一種以其為電極的超級電容器及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110438946.2
• 申請日: 2011-12-23
• 公開（公告）號: CN102568860A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設計）人: 劉建華;安軍偉;于美;李松梅;馬玉驍;劉鵬瑞
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H01G9/058
• 分類號: H01G9/058;H01G9/155
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及一種石墨烯/聚吡咯納米管復合材料及其制備方法，以及一種以其為電極的超級電容器及其制備方法。?

背景技術

電化學電容器，又被稱為超級電容器或者雙電層電容器，是介于傳統(tǒng)物理電容器和二次電池之間的一種新型儲能器件。電極的材料體系的發(fā)展能極大促進電化學電容器性能的不斷提升，能量性能、功率性能以及循環(huán)穩(wěn)定性都得到了極大的改善。?

石墨烯(Graphene)是2004年曼徹斯特大學的Geim發(fā)現(xiàn)的一種新型二維平面納米材料。理想的單層石墨烯具有超大的比表面積(2630m²/g)，厚度僅為0.35nm，具有大的電子空穴密度及良好的透光性、電導率和熱導率，硬度極高，有著很多其他大比表面積碳質材料很難具有的獨特性質，是很有潛力的儲能材料。石墨烯氧化物的邊緣或者表面會有環(huán)氧基團、羥基或羧基存在，這就為石墨烯的化學修飾提供了便利。?

1968年，Dall’Olio在吡咯稀硫酸溶液中進行陽極氧化，首次用電化學法在鉑電極上制得了聚吡咯，電導率為8S·cm^-1。聚吡咯由于有著許多優(yōu)良的性能如制備簡單，化學和熱穩(wěn)定性高、機械性能好，易于合成新的復合材料等，其發(fā)展成為研究熱點之一。因電荷儲存機理而導致的充放電的穩(wěn)定性差是限制聚吡咯商業(yè)應用的重要因素，因此有許多相關研究是將聚吡咯PPy與電化學穩(wěn)定性好的物質形成復合材料來提高其穩(wěn)定性。?

在申請?zhí)枮?00410019854的專利中，?

發(fā)明內容

本發(fā)明提供一種石墨烯與聚吡咯納米管之間的結合力較強的石墨烯/聚吡咯納米管復合材料及其制備方法，并將其用作一種超級電容器的電極材料。?

其特點是：?

所述石墨烯/聚吡咯納米管復合材料是通過石墨烯上的酰氯基團和聚吡咯納米管上的氨基進行反應而得到的，石墨烯和聚吡咯納米管通過酰胺基團進行化學鍵連接，石墨烯/聚吡咯納米管復合材料在微觀上為聚吡咯納米管被石墨烯包裹，在整體上呈現(xiàn)網(wǎng)絡狀結構。?

該超級電容器包括：一第一電極、一第二電極、一第一集電體、一第二集電體、一隔膜、?及一電解溶液，所述第一電極設置在所述第一集電體，所述第二電極設置在所述第二集電體，所述第一電極及第二電極相對且通過所述隔膜間隔設置，所述第一電極、第二電極、第一集電體、第二集電體、及隔膜均設置在所述電解溶液中，所述第一電極和第二電極由一石墨烯/聚吡咯納米管復合材料組成。?

一種超級電容器的制備方法，包括以下步驟：提供一石墨烯/聚吡咯納米管復合材料作為電極原料，所述石墨烯/聚吡咯納米管復合材料包括通過酰胺基團進行化學鍵連接的石墨烯和聚吡咯納米管；將上述石墨烯/聚吡咯納米管復合材料和一添加劑分散至一溶劑中獲得一石墨烯/聚吡咯納米管溶膠；去除所述石墨烯/聚吡咯納米管溶膠中的溶劑，并制備獲得石墨烯/聚吡咯納米管薄膜分別設置在一第一集電體和一第二集電體的表面以形成第一電極和第二電極；將該設置有第一電極的第一集電體和設置有第二電極的第二集電體間隔且相對設置在一隔膜的兩側，并裝入一外殼中；提供一電解溶液，將該電解溶液注入進上述外殼中，封裝制得一超級電容器。?

采用本方法所獲得的石墨烯/聚吡咯納米管復合材料作為超級電容器的電極可使該超級電容器不僅具有較高的電容量，而且也具有很高的大電流充放電電池容量保持率，這是因為該石墨烯/聚吡咯納米管復合材料中的石墨烯和聚吡咯納米管是通過化學鍵連接的，具有很高的穩(wěn)定性。?

所述以石墨烯/聚吡咯納米管復合材料為電極的超級電容器的制備方法，具體包括以下步驟：?

步驟一制備石墨烯/聚吡咯納米管復合材料?

步驟二將上述石墨烯/聚吡咯納米管復合材料和一添加劑分散至一溶劑中獲得一石墨烯/聚吡咯納米管溶膠。?

步驟三去除所述石墨烯/聚吡咯納米管溶膠中的溶劑，并制備獲得石墨烯/聚吡咯納米管薄膜分別設置在一第一集電體和一第二集電體的表面以形成第一電極和第二電極。?

步驟四將該設置有第一電極的第一集電體和設置有第二電極的第二集電體間隔且相對設置在一隔膜的兩側，并裝入一外殼中。?

步驟五提供一電解溶液，將該電解溶液注入進上述外殼中，封裝制得一超級電容器。?

以下將對上述各步驟進行詳細說明。?

在步驟一中，制備石墨烯/聚吡咯納米管復合材料的具體方法為：?

M1：提供一石墨烯氧化物粉末并還原此粉末得一石墨烯；?

M2：對該石墨烯進行功能化處理以活化該石墨烯；?