[發明專利]復合材料與其制造方法以及應用復合材料的電極及其制造方法

在審

• 申請號: 201711408270.6
• 申請日: 2017-12-22
• 公開（公告）號: CN109559897A
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發明（設計）人: 鐘琍菁;劉柏逸;方峙翔;鄭茲瑀;邵信;張敏超;洪仁陽;梁德明;戴念華;賴怡廷
• 申請（專利權）人: 財團法人工業技術研究院
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/34;H01G11/36;H01G11/38;H01G11/86;C02F1/461;C02F1/469
• 代理公司: 北京律誠同業知識產權代理有限公司 11006
• 代理人: 梁揮;鮑俊萍

本發明提供一種復合材料與其制造方法以及應用復合材料的電極及其制造方法，所述復合材料制造方法，包括：提供氧化石墨烯和活性炭；將所述氧化石墨烯和所述活性炭均勻分散于一醇類中，以形成一混合物；以及對所述混合物進行單一步驟的微波加熱，以均勻地將所述氧化石墨烯還原于所述活性炭的表面活性位置上，而形成一復合材料。實施例的復合材料也適合應用于電容脫鹽(CDI)及超級電容(supercapacitor)的電極制作。

技術領域

本發明是有關于一種復合材料與其制造方法及其應用，且特別是有關于一種石墨烯/活性炭復合材料及其制造方法與應用。

背景技術

電容脫鹽技術(capacitive deionization，CDI)及超級電容(supercapacitor)的關鍵材料為碳材料，需具備多孔性、高比表面積與高導電性等特性，目前主流以活性炭(activated carbon)為主，因為原料來源多，其量產成本很低是主要誘因外，同時具備高比面積與高脫鹽量特性是其應用優勢。許多研究針對活性炭改質使之具有高比表面積進而提升電極比電容值與高脫鹽率。然而，由于活性炭的導電性普遍不佳，因此在制作電極的過程需要額外添加導電材(例如:石墨)。但石墨本身比表面積遠低于活性炭材料，因此其吸附離子能力有限，然而額外添加導電材會降低活性炭在電極中的比重，影響其有效離子吸附位置，降低電極表現。因此，如何研發出具高導電性的活性炭復合材料為研發重要方向。

由于石墨烯(graphene)具有優越的性質，例如超高導熱系數(5300W/m·K) 而有高散熱性、高電子遷移率(200,000cm2/V·s)而有高導電性、透光性與優良的機械性能，而被認為是改質活性炭的極具潛力的材料。但是傳統制備石墨烯的方法相當耗時，通常需要數天的時間，而還原氧化石墨烯的階段使用的化學還原劑具有毒性，不具環境友善性以及需額外處置成本，因此限制石墨烯發展應用性。此外，傳統制備石墨烯過程中結構容易發生堆疊現象，一旦發生堆疊，其電極效能便會大幅受影響。

因此如何研發出石墨烯改質活性炭的高效能復合材料，以維持低成本又可迅速制備，而制得的復合材料的碳層結構又不易堆疊，以具有高導電性，實為研發人員的重要目標。

發明內容

本發明的目的在于提供一種復合材料與其制造方法，以解決現有技術中復合材料制備耗時、成本高昂且碳層結構容易堆疊的缺陷。

本發明的另一目的在于提供一種應用復合材料的電極及其制造方法。

為實現上述目的，本發明提出一種復合材料制造方法，包括：提供氧化石墨烯和活性炭；將所述氧化石墨烯和所述活性炭均勻分散于一醇類中，以形成一混合物；以及對所述混合物進行單一步驟的微波加熱，以均勻地將前述氧化石墨烯還原于所述活性炭的表面活性位置上，而形成一復合材料。

本發明所述的制造方法，其中，所述氧化石墨烯及所述活性炭的添加量的重量比介于0.05～0.5范圍之間。

本發明所述的制造方法，其中，所述氧化石墨烯及所述活性炭的添加量的重量比介于0.1～0.25范圍之間。

本發明所述的制造方法，其中，所述醇類與所述氧化石墨烯的添加量的重量比介于0.01～0.2范圍之間。

本發明所述的制造方法，其中，所述醇類具有碳原子數C2～C4的碳鏈。

本發明所述的制造方法，其中，在分散于所述醇類之前，所提供的所述活性炭的比表面積介于500m²/g至3000m²/g之間。

本發明所述的制造方法，其中，在分散于所述醇類之前，所提供的所述活性炭的孔徑介于1nm至1000nm范圍之間。

本發明所述的制造方法，其中，所述微波加熱的時間短于30分鐘。

本發明所述的制造方法，其中，前述微波加熱的時間在3分鐘至小于30分鐘的范圍之間。