[發(fā)明專利]一種超級電容器復(fù)合電極及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310014736.X
• 申請日: 2013-01-15
• 公開（公告）號: CN103077833A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魯兵安;許志
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇蘇美侖智能科技有限公司
• 主分類號: H01G11/26
• 分類號: H01G11/26;H01G11/30;H01G11/24;H01G11/86
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電容器電極，特別是一種超級電容器復(fù)合電極及其制備方法。

背景技術(shù)

目前市場上普遍生產(chǎn)銷售的電容器存在充電速度慢，電流密度不大，平均壽命短等問題。石墨復(fù)合材料是一個潛在理想材料，因?yàn)槭┚哂蟹欠驳碾姎庑阅埽粚こ５臋C(jī)械強(qiáng)度，極高的化學(xué)穩(wěn)定性，并且石墨成本低，可大量采集，以石墨烯為基礎(chǔ)制備超級電容器的也有很多。

三維石墨烯材料，在結(jié)構(gòu)上不同于二維的石墨烯，二維石墨烯易團(tuán)聚，難分散，很難獲得高比表面積的材料，它具有三維空心多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，網(wǎng)壁為石墨烯，為層狀結(jié)構(gòu)的石墨以及多孔的石墨碳泡沫，具有超低密度表面積、高導(dǎo)熱、耐高溫、耐腐蝕、延展性、柔韌性好等優(yōu)點(diǎn)，單層透明且質(zhì)量較高。

????化學(xué)氣相沉積法是利用生長基質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)“種”出石墨烯，以金屬單晶或金屬薄膜為襯底，在其表面上暴露并高溫分解含碳化合物可以生成石墨烯結(jié)構(gòu)，這種方法得到的石墨烯為單層結(jié)構(gòu)，性能也比較令人滿意。目前，已經(jīng)用這種方法制備石墨烯的實(shí)驗(yàn)是選用金屬釕作為基質(zhì)襯底。但是由于釕屬于稀有貴金屬，資源有限，且價格高。

我們實(shí)驗(yàn)室也采用這一方法來制備石墨烯材料，但我們選的是金屬鎳作為基質(zhì)襯底。最近，一些團(tuán)體報(bào)告鈷的硫化物和鈷的硫化物復(fù)合材料已受聘為低成本電化學(xué)材料，因?yàn)樗麄兡軌虍a(chǎn)生非常高的理想的固態(tài)反應(yīng)。金屬鎳的導(dǎo)電性能也很好。但實(shí)驗(yàn)表明，循環(huán)性能的鎳/石墨烯是一個非常不穩(wěn)定的電極材料，鎳/Co₃S₄電極也是一個不穩(wěn)定的電極材料，而鎳/三維石墨烯/硫化鈷它的穩(wěn)定性高，且可循環(huán)使用壽命長，同樣銅/三維石墨烯/硫化鈷也具有同樣優(yōu)異的性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種大電流充放電的超級電容器復(fù)合電極及其制備方法，它不僅充電速度快，只需10min就充電完畢，而且在大電流充電情況下，其性能依舊不變，平均壽命變長，可以循環(huán)使用8000多次。

一種超級電容器復(fù)合電極，包括基底層鎳網(wǎng)或銅網(wǎng)、外層Co₃S₄納米球薄膜和位于基底層和外層之間的中間層單層三維石墨烯。

所述的Co₃S₄納米球薄膜為連續(xù)、大小均勻的中空硫化鈷納米球。

所述Co₃S₄納米球的直徑為3~50nm，優(yōu)選10-20nm。

所述的鎳網(wǎng)或銅網(wǎng)的孔徑為0.01-0.6mm，孔徑優(yōu)選0.01-0.1?mm。

一種制備超級電容器復(fù)合電極的方法，以鎳網(wǎng)或銅網(wǎng)作為基底層，利用化學(xué)氣相沉積法在基底層上生長出三維石墨烯層，再用水熱法在三維石墨烯層上生長出Co₃S₄納米球薄膜層，其具體的制備步驟如下：

1）在保護(hù)氣和氫氣、800?~?1300℃條件下，去除基底層表面氧化物層后再通入碳源氣體，2-10分鐘后關(guān)閉碳源，將樣品迅速冷卻至室溫，關(guān)閉保護(hù)氣和氫氣；

2）將硫代乙酰胺溶液緩慢加入到Co(CH₃COO)₂·4H₂O溶液中反應(yīng)，超聲，再將第一步的樣品放入反應(yīng)液中，加熱到80?~180℃反應(yīng)，其中Co(CH₃COO)₂·4H₂O與硫代乙酰胺摩爾比1:1-20；

3）通入保護(hù)氣，將第二步反應(yīng)得到的樣品清洗、干燥后加熱到200?~?500℃反應(yīng)，得到基底層/三維石墨烯/?Co₃S₄納米球薄膜（即Ni（Cu）/G/CS）。

步驟1中所述的去除時間為5-20分鐘，所述的碳源氣體選自甲烷、甲醇、乙醇或乙烷中的一種或多種；所述的保護(hù)氣選自氬氣或氖氣；所述的碳源氣體為甲烷或乙烷時碳源氣體的流速為1-10?s.c.c.m.，優(yōu)選3-7?s.c.c.m.；所述的碳源氣體為甲醇或乙醇時，用1-10?s.c.c.m.，優(yōu)選3-7?s.c.c.m.的保護(hù)氣鼓泡；所述的氫氣的流速為100-300?s.c.c.m.，優(yōu)選150-250?s.c.c.m.；所述的保護(hù)氣流速為300-600?s.c.c.m.；所述的冷卻速率為200-300℃/min。