[發明專利]一種NiO@石墨烯纖維超級電容器電極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201710272018.0
• 申請日: 2017-04-24
• 公開（公告）號: CN107104005B
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發明（設計）人: 呂建國;王偉成
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01G11/30
• 分類號: H01G11/30;H01G11/36;H01G11/46;H01G11/24;H01G11/86
• 代理公司: 杭州宇信知識產權代理事務所(普通合伙) 33231
• 代理人: 張宇娟;李學紅

本發明公開了一種NiO@@石墨烯纖維超級電容器電極材料的制備方法，所述制備方法為包括還原氧化石墨烯，獲取石墨烯纖維；以及在石墨烯纖維的表面，通過水熱法法包覆生長NiO等步驟。制得的NiO@石墨烯纖維超級電容器電極材料的微結構為NiO包覆石墨烯纖維，具有非常大的比表面積，有效的提高了電極的比表面積和空間利用率，提升了電極材料的比電容、倍率性能及電化學穩定性。在超級電容器三電極體系測試中，本發明制得的材料在2 A g^?1的電流密度下表現出134 F g^?1的高比容量，表現出良好的電化學性能。且制備方法具有簡單、成本低等優點。

技術領域

本發明涉及超級電容器領域，特別涉及特別涉及一種超級電容器電極材料及其制備方法。

背景技術

隨著全球經濟的快速發展、化石能源的不斷消耗、環境污染的日益增加，研究一種高效、低成本、環境友好型、高性能的能源轉換和存儲系統已經顯得越來越重要。超級電容器以其高能率密度、使用溫度范圍廣，壽命長、對環境友善等優點而備受關注，在太陽能充電器、微機的備用電源、飛機的點火裝置等航空航天和國防科技等方面具有極其重要和廣闊的應用前景，已成為世界各國的研究熱點。

超級電容器是一種電化學電容器，可以根據電荷存儲機理分為兩類：一類電化學雙電層電容器，該類電容器的電極材料主要是碳材料：另一類是法拉第贗電容器，該類電容器的電極材料主要是過度金屬氧化物。目前該領域人員研究用于超級電容器電極材料的有碳纖維、碳納米管(CNT，Carbon Nanotubes)、石墨烯、NiO等氧化物以及CoS_x等硫屬化物電極材料。因為石墨烯具備優異的導熱性、導電性、力學性能等，所以它在超級電容器、傳感器、電催化、聚合物納米復合材料、光電功能材料、高性能便攜式電源、藥物控制釋放等領域表現出潛在的應用前景。富勒烯和碳納米管也具備很多優異性能，但是其成本較高。而石墨烯的原材料容易得到，并且價格低廉，制備方法簡單，因此被認為具有廣泛應用價值的新材料，近些年來對其的應用研究也越來越多。石墨烯纖維是近幾年制備出的一種新型的石墨烯宏觀材料，其高電導性、強度及柔性可編織的特性受到了研究者的關注。然而純石墨烯纖維材料通常比電容值較低，電容器件具有低能量密度，從而限制了它廣泛的潛在應用。將贗電容材料引入石墨烯纖維以形成復合材料被認為是改善電極電容的有效方式。

發明內容

針對現有技術中的問題，本發明擬將贗電容材料引入石墨烯纖維以形成復合材料來改善石墨烯纖維作為電極材料的比電容低、低能量密度的問題。

為實現發明目的，本發明采用技術方案如下：

本發明提供一種NiO@石墨烯纖維超級電容器電極材料的制備方法，該制備方法為在石墨烯纖維表面，通過水熱法，包覆生長NiO。其具體的制備步驟包括：

(1)將氧化石墨烯水分散液離心濃縮，然后超聲處理，獲得氧化石墨烯紡絲液；

(2)使用注射泵將氧化石墨烯紡絲液注射到由CaCl₂/乙醇溶液組成的凝固浴中，在凝固浴中浸漬20～30分鐘后，將得到的纖維用去離子水及乙醇重復洗滌，洗去殘留的凝固溶液，獲得氧化石墨烯纖維并收集在支架上，將收集得到的纖維在真空條件下高溫干燥；

(3)將氧化石墨烯纖維在90～120℃下氫碘酸中還原8～12小時，然后在H₂/Ar的還原性氣氛下1000℃熱還原，自然冷卻至室溫后取出纖維，制備得到石墨烯纖維；

(4)將六水合硫酸鎳、氫氧化鈉和水混合，攪拌，得到前軀體溶液，其中硫酸鎳、氫氧化鈉、水的比例為16m mol：32m mol：40mL；

(5)將石墨烯纖維懸掛置于反應釜中，加入前軀體溶液，進行水熱反應，反應溫度為140～180℃，時間為12～24h，冷卻至室溫，收集纖維，洗滌，干燥，并在300℃退火，即得NiO@石墨烯纖維超級電容器電極材料。