[發明專利]一種石墨烯摻雜的二氧化銥基多孔電極及其制備方法

有效

• 申請號: 201710536518.0
• 申請日: 2017-07-04
• 公開（公告）號: CN107359330B
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 邵艷群;張帥;黃善鋒;王艷鴻;何建
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/583;H01G11/26;H01G11/32;H01G11/46
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊;林捷

本發明屬于電極材料技術領域，具體涉及一種石墨烯摻雜的IrO₂基多孔電極及其制備方法。本發明將氯銥酸與石墨烯進行負載，然后再將其與非貴金屬氧化物復合，制得一種復合型電極材料。本發明通過結合石墨烯的高導電性、貴金屬氧化物的導電性和活性以及非貴金屬氧化物材料獨特的外層電子結構，制備一種新型高比電容、高電解質選擇性的多孔金屬氧化物/石墨烯復合電極。

技術領域

本發明屬于電極材料技術領域，具體涉及一種石墨烯摻雜的IrO₂基多孔電極及其制備方法。

背景技術

以IrO₂和RuO₂為代表的金屬氧化物陽極因其具有良好的耐蝕性能、活性和電容性能倍受關注。添加非貴金屬氧化物提高其電化學性能并降低成本是研究重點，幾乎包含了所有的非貴金屬氧化物。近些年，以活性炭、碳納米管和石墨烯為代表的導電導熱良好碳材料又成為電極材料的研究熱點。然而，添加非貴金屬氧化物可以有效提高以IrO₂為基氧化物材料的電容性能，但是導電性較差，而且在充放電過程中體積膨脹嚴重，造成電極粉化和崩塌。單純的碳材料電極活化困難，制備過程中容易發生團聚，往往得不到理想的電容性能。此外，電極材料的使用電解質不同，其電化學性能有很大差異。如以H₂SO₄為代表的酸性電解質通常選IrO₂基氧化物材料，最典型的為IrO₂-Ta₂O₅氧化物電極；以NaCl為代表的中性電解質首選RuO₂基氧化物材料，最典型的為RuO₂（摩爾分數30%）-TiO₂氧化物電極；以KOH為代表的堿性電解質通常以泡沫鎳為基體制備的鎳鈷復合氧化物（尖晶石型）電極材料。本發明意在結合石墨烯的高導電性、貴金屬氧化物的導電性和活性以及非貴金屬氧化物材料獨特的外層電子結構，制備一種新型高比電容、高電解質選擇性的多孔金屬氧化物/石墨烯復合電極。

發明內容

本發明的目的在于提供一種石墨烯摻雜的IrO₂基多孔電極及其制備方法。只要采用最簡單的熱分解法就可以獲得高比電容、高電解質選擇性的多孔金屬氧化物/石墨烯復合電極。

常規IrO₂基等電極常用作析氧電極，如IrO₂-Ta₂O₅電極，當IrO₂為 摩爾分數50%時可達到最好的電極性能。這些電極的表面微觀形貌為龜裂狀裂紋而非多孔。

所述石墨烯摻雜的IrO₂基多孔電極的制備方法為：

（1）采用噴砂后的TA2鈦板或泡沫Ni為基體，除油，刻蝕，用去離子水沖洗后，放入乙醇溶液中備用；

（2）按照銥的重量（載量）0.2-0.6mg/cm²取氯銥酸溶解于無水乙醇中超聲震蕩完全溶解；

（3）按照0.2-0.6g/cm²稱取石墨烯并加入鹽酸對石墨烯進行酸化處理，將酸化后的石墨烯混合到氯銥酸溶液，繼續超聲振蕩；

（4）取非貴金屬氧化物的前驅體溶解于無水乙醇/正丁醇等醇液中；

（5）將上述添加了石墨烯的氯銥酸溶液和非貴金屬氧化物前驅體超聲振蕩混合直到完全溶解成為金屬離子濃度為30wt%的涂液。將涂液涂刷到鈦板或泡沫Ni上，紅外燈下烘干，置于300℃的馬弗爐中預氧化10min，空冷后重復上述涂覆過程，直到所有涂液用完，最后在300~380℃處理1~6h，可獲得高比電容、高電解質選擇性的多孔金屬氧化物/石墨烯復合電極。

步驟（4）中的非貴金屬氧化物的前驅體為CeCl₃、TiCl₃、SnCl₂、SnCl₄中的任意一種或幾種。