[發(fā)明專利]一種碳纖維/三維網(wǎng)狀石墨烯復合材料的制備方法及其應用有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201710894122.3 | 申請日： | 2017-09-28 |
| 公開（公告）號： | CN107833756B | 公開（公告）日： | 2019-03-08 |
| 發(fā)明（設計）人： | 閆健;王偉杰;歐大為;秦清清;吳玉程 | 申請（專利權(quán)）人： | 合肥工業(yè)大學 |
| 主分類號： | H01G11/24 | 分類號： | H01G11/24;H01G11/32;H01G11/36;H01G11/40;H01G11/86 |
| 代理公司： | 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101 | 代理人： | 喬恒婷 |
| 地址： | 230009 安*** | 國省代碼： | 安徽;34 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 碳纖維 三維 網(wǎng)狀 石墨 復合材料 制備 方法 及其 應用 | ||
本發(fā)明公開了一種碳纖維/三維網(wǎng)狀石墨烯復合材料的制備方法及其應用，通過涂覆及熱處理的方法，在碳纖維表面生長具有多孔及薄層結(jié)構(gòu)的石墨烯，三維石墨烯片層結(jié)構(gòu)與碳纖維組成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)具有較高的比表面積，同時能夠?qū)崿F(xiàn)電子及電解液離子的快速傳輸，提高電容性能。本發(fā)明碳纖維/三維網(wǎng)狀石墨烯復合材料不僅可以直接作為電極材料，而且可以作為一種導電基底，通過生長其他電極材料，進一步運用于超級電容器中。
技術(shù)領域
本發(fā)明涉及一種碳纖維/三維網(wǎng)狀石墨烯復合材料的制備方法及其應用，屬于納米材料技術(shù)領域。
背景技術(shù)
作為一種新型的綠色儲能裝置，電化學超級電容器因具有高功率密度、高充放電效率、大的充放電倍率、長壽命等特點，獲得了廣泛的關注。電極材料是決定超級電容器電化學穩(wěn)定性、功率密度及能量密度的重要因素之一，是目前的研究熱點。碳材料作為一種常見的超級電容器電極材料，具有較高的比表面積，較好的穩(wěn)定性和較長的循環(huán)壽命。碳材料結(jié)構(gòu)多樣，例如碳納米管，塊狀活性炭，碳球以及層狀石墨烯等。其中碳纖維是一類具有纖維形態(tài)，含碳量高，性能優(yōu)異的碳材料，具有密度小、質(zhì)量輕、化學穩(wěn)定性以及突出的力學性能等優(yōu)勢，從而引起廣泛關注。然而，碳纖維比表面積較小，電容質(zhì)量比較低，直接作為超級電容器電極材料，其電化學性能較差。
因此，如何增大碳纖維比表面積、提高碳纖維作為電極材料在超級電容器實際運用中作用，具有重要研究意義。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種碳纖維/三維網(wǎng)狀石墨烯復合材料的制備方法及其應用。本發(fā)明通過涂覆及熱處理的方法，在碳纖維表面生長具有多孔及薄層結(jié)構(gòu)的石墨烯，三維石墨烯片層結(jié)構(gòu)與碳纖維組成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)具有較高的比表面積，同時能夠?qū)崿F(xiàn)電子及電解液離子的快速傳輸，提高電容性能。本發(fā)明碳纖維/三維網(wǎng)狀石墨烯復合材料不僅可以直接作為電極材料，而且可以作為一種導電基底，通過生長其他電極材料，進一步運用于超級電容器中。
本發(fā)明碳纖維/三維網(wǎng)狀石墨烯復合材料的制備方法，包括如下步驟：
步驟1：稱取PVA固體0～6g，加蒸餾水30ml后升溫至70-90℃攪拌溶解，得到PVA溶液；將KOH固體溶解在10-30ml蒸餾水中，隨后與PVA溶液混合，于60-80℃攪拌10-300min，獲得PVA-KOH溶液；
步驟2：稱取葡萄糖粉末0.1～5g、紅磷0.01～1.5g以及醋酸鎳0.01～1g，加入20-30ml蒸餾水混合，于50-80℃下攪拌10-300min，至溶液呈粘稠狀，得到葡萄糖-紅磷-醋酸鎳混合液；將PVA-KOH溶液與葡萄糖-紅磷-醋酸鎳混合液混合，攪拌均勻，得到混合漿料；
步驟3：將步驟2獲得的混合漿料涂覆在碳纖維紙或PAN纖維膜上，涂覆厚度為10-30um，纖維完全被該混合漿料覆蓋，然后送入管式爐中，在氬氣氣氛中進行退火處理，退火后用去離子水洗滌，干燥后獲得碳纖維/三維網(wǎng)狀石墨烯復合材料。
步驟1中，PVA與KOH的質(zhì)量比為(5～0):1；所述PVA的分子量為2000-300000。
步驟2中，葡萄糖與紅磷的質(zhì)量比為(5～0.1):1，醋酸鎳的質(zhì)量為葡萄糖質(zhì)量的5-15％。
步驟2中，PVA-KOH溶液與葡萄糖-紅磷-醋酸鎳混合液混合時，所取PVA-KOH溶液的質(zhì)量為10mg-50mg，葡萄糖-紅磷-醋酸鎳混合液的質(zhì)量為5mg-25mg。
步驟3中，所述碳纖維紙或PAN纖維膜的尺寸為1cm×2cm，厚度為30-150um。
步驟3中，退火溫度為500-1200℃，退火時間為1-10h，升溫速率1-20℃/min。
本發(fā)明制備的碳纖維/三維網(wǎng)狀石墨烯復合材料的應用，是以碳纖維/三維網(wǎng)狀石墨烯復合材料作為超級電容器的負極材料。
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