[實用新型]一種超級電容器復合電極

有效

• 申請號: 201320020641.4
• 申請日: 2013-01-15
• 公開（公告）號: CN203134574U
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發明（設計）人: 魯兵安;許志
• 申請（專利權）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
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱顯國

技術領域

本實用新型涉及一種電容器復合電極，特別是一種超級電容器復合電極。?

背景技術

目前市場上普遍生產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。石墨復合材料是一個潛在理想材料，因為石墨烯具有非凡的電氣性能，不尋常的機械強度，極高的化學穩定性，并且石墨成本低，可大量采集，以石墨烯為基礎制備超級電容器的也有很多。?

三維石墨烯材料，在結構上不同于二維的石墨烯，二維石墨烯易團聚，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狀結構，網壁為石墨烯，為層狀結構的石墨以及多孔的石墨碳泡沫，具有超低密度表面積、高導熱、耐高溫、耐腐蝕、延展性、柔韌性好等優點，單層透明且質量較高。?

????化學氣相沉積法是利用生長基質的原子結構“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構，這種方法得到的石墨烯為單層結構，性能也比較令人滿意。目前，已經用這種方法制備石墨烯的實驗是選用金屬釕作為基質襯底。但是由于釕屬于稀有貴金屬，資源有限，且價格高。?

我們實驗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襯底。最近，一些團體報告鈷的硫化物和鈷的硫化物復合材料已受聘為低成本電化學材料，因為他們能夠產生非常高的理想的固態反應。金屬鎳的導電性能也很好。但實驗表明，循環性能的鎳/石墨烯是一個非常不穩定的電極材料，鎳/Co₃S₄電極也是一個不穩定的電極材料，而鎳/三維石墨烯/硫化鈷它的穩定性高，且可循環使用壽命長，同樣銅/三維石墨烯/硫化鈷也具有同樣優異的性能。?

發明內容

本實用新型的目的是提供一種大電流充放電的超級電容器復合電極，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，可以循環使用8000多次。?

一種超級電容器復合電極，包括鎳網或銅網基底層、Co₃S₄納米球薄膜外層和位于基底層和外層之間的單層三維石墨烯中間層。?

所述的Co₃S₄納米球薄膜為連續、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，優選10-20nm。?

所述的鎳網或銅網的孔徑為0.01-0.6mm，孔徑優選0.01-0.1?mm。?

一種制備超級電容器復合電極的方法，以鎳網或銅網作為基底層，利用化學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分鐘后關閉碳源，將樣品迅速冷卻至室溫，關閉保護氣和氫氣；

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

3）通入保護氣，將第二步反應得到的樣品清洗、干燥后加熱到200?~?500℃反應，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.，優選3-7?s.c.c.m.的保護氣鼓泡；所述的氫氣的流速為100-300?s.c.c.m.，優選150-250?s.c.c.m.；所述的保護氣流速為300-600?s.c.c.m.；所述的冷卻速率為200-300℃/min。?

步驟2中所述的Co(CH₃COO)₂·4H₂O和硫代乙酰胺摩爾比優選1:5-15，所述的超聲時間為5-25分鐘；所述的加熱反應時間為1-6小時，優選2-4小時；所述的加熱溫度優選100-140℃。?