[發(fā)明專利]一種銀/石墨烯薄膜超級電容器電極材料的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210096511.9
• 申請日: 2012-04-01
• 公開（公告）號: CN102610331A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李耀剛;邵元龍;王宏志;張青紅
• 申請（專利權(quán)）人: 東華大學(xué)
• 主分類號: H01B13/00
• 分類號: H01B13/00;H01G9/058
• 代理公司: 上海泰能知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 31233
• 代理人: 黃志達(dá);謝文凱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于超級電容器材料的制備領(lǐng)域，特別涉及一種銀/石墨烯薄膜超級電容器電極材料的制備方法。

背景技術(shù)

石墨烯是可由氧化石墨還原而得的一種新型材料。自從2004年曼徹斯特大學(xué)Novoselov和Geim的研究小組發(fā)現(xiàn)石墨烯以來，石墨烯迅速成為物理學(xué)、化學(xué)和材料學(xué)的熱門話題，掀起了研究人員對其性質(zhì)和應(yīng)用的研究熱潮。最近美國哥倫比亞大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，石墨烯是目前世界上已知材料中強(qiáng)度最大，厚度最薄的材料。就導(dǎo)電性而言，石墨烯是零帶隙半導(dǎo)體，其穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)使碳原子具有優(yōu)異的導(dǎo)電性，其中電子的運(yùn)動速度達(dá)到了光速的1/300，遠(yuǎn)超過了電子在一般導(dǎo)體中的運(yùn)動速度，是目前已知的導(dǎo)電性能最出色的材料。同時，石墨烯具有很大的理論比表面積和獨(dú)特的載荷子特性，這為其成為優(yōu)良的超級電容器電極材料提供了理論基礎(chǔ)。M.D.Stoller等人在Nano?Letter?8(2008)3498-3452上報道了化學(xué)修飾石墨烯超級電容器材料，這種方法制備的材料在水性電解液中達(dá)到了135F/g的比電容。S.Chen等人在ACS?Nano?4(2010)2822-2830上報道了用于超級電容器的氧化石墨烯/二氧化錳納米復(fù)合材料，這種材料在200mA/g的電流密度下達(dá)到了197.2F/g的比電容。

然而，現(xiàn)在制備石墨烯通常所用的氧化石墨還原法，石墨烯表面殘留有含氧官能團(tuán)，致使一些物理、化學(xué)性能損失，尤其是導(dǎo)電性能，這對于石墨烯在超級電容器方面的應(yīng)用有很大的影響。

目前尚未見到銀/石墨烯薄膜超級電容器電極材料制備的報道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種銀/石墨烯薄膜超級電容器電極材料的制備方法，該方法工藝簡單，易于工業(yè)化生產(chǎn)，所制備的銀/石墨烯薄膜超級電容器電極材料比電容高，導(dǎo)電性能好，成膜過程簡單，無需導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑，具有較高柔性，有望應(yīng)用于電動汽車、通信、柔性電子產(chǎn)品和信號控制等領(lǐng)域。

本發(fā)明的一種銀/石墨烯薄膜超級電容器電極材料的制備方法，包括：

(1)在室溫下，將氧化石墨分散到超純水中，得到氧化石墨的懸浮液，超聲1～2h后加入硝酸銀，攪拌混合，隨后加入硼氫化鈉，持續(xù)攪拌后得到部分還原的銀/氧化石墨分散液；其中硼氫化鈉與氧化石墨的質(zhì)量比為2∶1～1∶1。

(2)在上述部分還原的銀/氧化石墨分散液中加入硼氫化鈉，氮?dú)鈿夥障拢郎刂?0～85℃，保溫1～3h，離心洗滌得到銀/石墨烯分散液；將上述的銀/石墨烯分散液抽濾形成膜狀產(chǎn)物，超純水洗滌即得到銀/石墨烯薄膜超級電容器電極材料。

步驟(1)中所述的氧化石墨的懸浮液中氧化石墨濃度為0.25～0.5mg/mL。

步驟(1)中所述的硝酸銀與氧化石墨的質(zhì)量比為1∶1～5∶1。

步驟(1)中所述攪拌混合的時間為20～60min。

步驟(1)中所述持續(xù)攪拌的時間為1～3h。

步驟(2)中所加入的硼氫化鈉與氧化石墨的質(zhì)量比為100∶1～50∶1。

步驟(2)中所述的離心洗滌過程具體為：超純水離心洗滌5～10次，離心機(jī)轉(zhuǎn)速為6500～9000r/min，離心時間為5～15min。

步驟(2)中所述的超純水洗滌的次數(shù)為5～10次。

本發(fā)明在石墨烯表面修飾一定量的銀顆粒，一方面銀顆粒形成過程可修復(fù)石墨烯表面的含氧官能團(tuán)，另一方面銀顆粒本身良好的導(dǎo)電性能可增強(qiáng)石墨烯導(dǎo)電能力，從而促進(jìn)雙電層電容形成過程中的電荷傳輸。因此復(fù)合銀顆粒的石墨烯材料具有更優(yōu)越的超級電容性能。

采用本發(fā)明制備的銀/石墨烯薄膜超級電容器電極材料，制備過程簡單，化學(xué)穩(wěn)定性好，比電容高，與純石墨烯薄膜材料相比容量明顯提升，具有柔性結(jié)構(gòu)，在電動汽車、通信、柔性電子產(chǎn)品和信號控制等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。

有益效果

1、該方法制備工藝簡單，成膜過程無需導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑，適合于工業(yè)化生產(chǎn)；

2、該方法制備的銀/石墨烯薄膜超級電容器電極材料比電容高，導(dǎo)電性能好，且具有較高的柔性，有望應(yīng)用于電動汽車、通信、柔性電子產(chǎn)品和信號控制等領(lǐng)域。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1制備的銀/石墨烯與純石墨烯的X射線衍射圖譜對比，插圖為銀/石墨烯薄膜的數(shù)碼照片；

圖2為實(shí)施例1制備的銀/石墨烯與石墨烯薄膜電極的阻抗對比圖譜；

圖3為實(shí)施例1制備的銀/石墨烯與石墨烯薄膜電極在1M硫酸鈉電解液中20mV/s掃速下的特征循環(huán)伏安曲線圖；