[發明專利]一種基于功能型石墨烯超級電容器電極的制備方法

有效

• 申請號: 201310203648.4
• 申請日: 2013-05-28
• 公開（公告）號: CN103258658A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: 張海燕;葉劍;陳易明;黃子東;胡麗
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: H01G11/86
• 分類號: H01G11/86;H01G11/24;H01G11/26;H01G11/32
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

技術領域

本發明涉及一種基于功能型石墨烯超級電容器電極的制備方法，屬于新能源領域。

技術背景

石墨烯是由sp²雜化的碳原子構成的二維六邊形蜂窩狀平面結構，由于其特殊的結構，獨特的電化學性能以及大量潛在的應用價值引起了世界各國科學家的廣泛關注。2004年，Geim和Novoselov首先通過膠帶反復剝離高定向熱解石墨的方法，得到單層石墨烯。隨后，石墨烯的優異的光學、電學、以及熱學性能等都被發掘出來，例如石墨烯的比表面積高達2600m²/g，應用前景十分廣闊，如將石墨烯作為超級電容器的電極材料。因此如何高效、大量制備石墨烯成為我們首要解決的問題。目前，隨著科技的發展，石墨烯的制備已經發展出了多種方法，主要包括機械剝離法，化學剝離法，化學氣相沉積法（CVD），外延生長法，高溫熱膨脹法等。

這些方法都存在一些不足的地方，比如機械剝離法制備石墨烯產量低，面積小，不易操作等；外延生長法一般是在Ru等單晶上面生長石墨烯，由于單晶襯底的昂貴和高溫等嚴格的生長條件限制了該方法大規模生產石墨烯；氧化還原法由于石墨經過強烈的氧化和還原后造成石墨烯的缺陷比較多，同時在還原過程中石墨烯片層之間容易發生團聚，還原不徹底，反應時間長等；CVD法制備石墨烯，對設備的要求高，產量低，條件苛刻等使得該方法制備石墨烯比較困難而且成本高。熱剝離氧化石墨方法為快速制備石墨烯提供了一條非常好的途徑，可以快速大規模制備高質量石墨烯。傳統的熱剝離方法需要極高的溫度、快速的加熱速率、高真空度以及低溫氫氣環境。隨著電動汽車的發展，對新型儲能材料和器件要求越來越高；石墨烯作為新穎的儲能材料在超級電容器電極的應用中被寄予厚望，因此尋求簡易方便的基于石墨烯電極的制備方法顯得尤為重要。傳統的超級電容器電極需要將電極材料與導電劑以及粘結劑混合制備而成，而粘結劑一般為絕緣體不導電，從而增大了電容器的內阻，降低了電容器的容量，因此如何提高基于石墨烯電容器電極的比容量成為急需解決的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于功能型石墨烯超級電容器電極的制備方法，解決傳統的熱膨脹法制備石墨烯要求的極高溫度以及高真空的環境。申請人發現在常壓條件下通過微波加熱一段時間就可以使氧化石墨發生熱膨脹剝離，同時使制備的功能型石墨烯鑲嵌在泡沫鎳絲網中，充分利用了泡沫鎳表面積，提高了石墨烯電極吸附離子的能力，省去了與粘結劑混合的過程，降低了電容器的內阻，提高了比容量。

本發明提供的一種基于功能型石墨烯超級電容器電極的制備方法包括如下步驟：

1）首先將泡沫鎳表面進行堿洗，然后進行酸洗，除去表面的氧化物，最后用清水進行清洗并烘干；

2）通過Hummers法制備氧化石墨漿料，然后將氧化石墨漿料均勻涂覆在經清洗烘干的泡沫鎳上，并在真空干燥箱中烘干；

3）在常壓條件下，將涂有氧化石墨的泡沫鎳放入微波爐中，微波加熱使泡沫鎳網中的氧化石墨還原成鑲嵌在泡沫鎳絲網中的石墨烯；

4）微波的功率800～1600W；微波的時間30s～8min；

5）將鑲嵌有功能型石墨烯的泡沫鎳壓成片，經裁剪后即得到超級電容器電極。

步驟2）中，所述在真空干燥箱中以45℃干燥48h。

步驟3）中，微波加熱在Ar氣保護環境下。

步驟5）中，所述泡沫鎳在壓片機上10Mpa壓成片。

本發明的有益效果：

與傳統所要求工藝相比，條件簡單，容易實現，能耗低。并且制備出的功能型石墨烯的超級電容器的電極相比傳統的電極制備方法—石墨烯、粘結劑、導電劑混合涂覆所制備的電極擁有更大的比電容。

具體實施方式

實施例1

（1）采用改進的Hummers法制備氧化石墨。首先，往500ml錐形瓶中加入115ml濃硫酸，并將錐形瓶放入低溫恒溫箱中，將溫度控制在0℃左右。加入預先用稀鹽酸處理過的天然鱗片石墨粉5g，再加入2.5g?NaNO₃，再緩慢加入15g?KMNO₄,?攪拌反應2h后。將錐形瓶移入35℃的恒溫水浴箱中，繼續攪拌反應2小時，此時溶液呈紫綠色。然后緩慢加入230?ml去離子水，將加熱溫度升高到95℃，繼續攪拌一段時間。緩慢加入適量的雙氧水，此時溶液變成金黃色，趁熱過濾，并用質量分數為5%的鹽酸和去離子水反復洗滌直到濾液中無硫酸根離子為止。最后將過濾后得的氧化石墨漿糊均勻涂覆在泡沫鎳上，使氧化石墨漿糊充分進入泡沫鎳的微孔中。