[發明專利]多孔石墨烯/氫氧化鎳/聚苯胺復合電極材料及制備方法

有效

• 申請號: 201310066350.3
• 申請日: 2013-03-01
• 公開（公告）號: CN103151178A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 譚紹早;張勁林;蔡祥;麥文杰;黃浪歡;謝瑜珊
• 申請（專利權）人: 暨南大學
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/30;H01G11/38;H01G11/48;H01G11/86
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 裘暉;陳燕嫻

技術領域

本發明屬于納米復合材料和電化學技術領域，特別涉及一種多孔石墨烯/氫氧化鎳/聚苯胺復合電極材料及其制備方法與應用。

背景技術

面對世界能源逐漸減少以及人類對能源需求量逐漸增大的嚴峻挑戰，發展制備新型能源存儲裝置已經成為目前解決這一問題的有效途徑之一。其中，超級電容器以其功率密度高、循環壽命長和制備成本低等獨特優良性能成為了能源領域的未來之星，它也可被廣泛被應用于環境、交通和電子信息等領域，其美好的應用前景使這一領域的研究越來越引起人們的重視（Candelaria,Stephanie?L,Shao?Y?Y,et?al.Nanostructured?carbon?for?energy?storage?and?conversion.Nano?Enery,2012,1(2):195-220.）。根據儲能機理的不同，超級電容器分為雙電層電容器和贗電容電容器。以碳材料為主要電極材料的雙電層電容器雖然具有導電率高、比表面積大、成本低和穩定性好等優點，但其比電容低，無法滿足實際需求；而以氧化釕等貴金屬氧化物為電極材料的贗電容電容器則比電容高，但原料成本高、比表面積低、粒徑大、導電率低且穩定性差，因而在實際應用中受到限制。目前研究熱點在于尋找可替代氧化釕等貴金屬氧化物的低成本高性能的贗電容電容器材料以及如何將這兩者較好地結合起來，從而克服各自的缺點，得到綜合性能良好的儲能裝置。

氫氧化鎳以低成本、高理論比電容和良好電化學性能等優點吸引了研究者的廣泛關注，并成為贗電容電容器電極材料中的一顆新星。然而由于氫氧化鎳有著粒徑較大、比表面積低和導電率差等缺點，因而其實際電容量比理論值（2082F/g）小得多。石墨烯（Graphene）是由碳原子以sp²雜化連接的單原子層構成的新型二維原子晶體，其基本結構單元為有機材料中最穩定的苯六元環，是世界上最薄的二維材料，是繼1985年發現富勒烯和1991年發現碳納米管后的又一重大發現。作為納米材料的石墨烯具有高比表面積、高電導率、低成本及穩定性好等優點，這些優點都為石墨烯在電化學領域中的應用提供了依據。例如，用Hummers法制備氧化石墨后經水合肼還原得到的石墨烯作為一種電極材料，制備得到的超級電容器最大比電容為205F/g，能量密度為28.5Wh/kg時其功率密度為10kW/kg，且循環1200次后仍保持90%的比電容（Wang?Y,Shi?Z?Q,Huang?Y,et?al.Supercapacitor?devices?based?on?graphene?materials.Journal?of?Physical?Chemistry,2009,113(30):13103-13107.）。DuX等人探究了不同氧化劑添加量對石墨烯結構形貌及電化學性能的影響，結果表明高氧化程度有利于石墨烯電化學性能的提高，從而得到的超級電容器擁有高比電容（150F/g）和良好的循環壽命（Du?X,Guo?P,Song?H?H,et?al.Graphene?nanosheets?as?electrode?material?for?electric?double-layer?capacitors.Electrochimica?Acta,2010,55(16):4812-4819.）。聚苯胺作為導電聚合物，具有高電導率的優點，因而常被用作贗電容電容器的電極材料。YanJ等人將石墨烯與聚苯胺的復合材料作為電極材料，結果表明以此為電極的超級電容器的比電容達到1046F/g，且功率密度為70kw/kg時其能量密度達39Wh/kg（Yan?J,Wei?T,Shao?B,et?al.Preparation?of?a?graphene?nanosheet/polyaniline?composite?with?high?specific?capacitance.Carbon,2010,48(2):487-493.）。但上述方法制備得到的超級電容器的比電容及功率密度仍然遠遠低于其理論值，且電流充放時存在較大的容量衰減。

發明內容

為了解決上述現有技術的不足之處，提高超級電容器的性能，本發明的首要目的在于提供一種多孔石墨烯/氫氧化鎳/聚苯胺復合電極材料。

本發明另一目的在于提供上述多孔石墨烯/氫氧化鎳/聚苯胺復合電極材料的制備方法。

本發明再一目的在于提供上述多孔石墨烯/氫氧化鎳/聚苯胺復合電極材料在制備超級電容器中的應用。