[發明專利]一種高循環壽命rGO-CeO2/PorousPANI三元復合電極材料的制備

在審

• 申請號: 201810182794.6
• 申請日: 2018-03-06
• 公開（公告）號: CN108447702A
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發明（設計）人: 謝愛娟;陶鳳;羅士平;陳培伍;潘菲;朱士超;陳蘇潔;王璐;李鐵
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: H01G11/86
• 分類號: H01G11/86;H01G11/46;H01G11/36;H01G11/48;B82Y30/00
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本發明屬于超級電容器領域，尤其是一種高循環壽命的石墨烯/二氧化鈰/多孔聚苯胺三元復合電極材料的制備。本發明主要是針對現有超級電容器電極材料循環壽命較短，電容損耗快的缺點。提供一種簡便有效的rGO?CeO₂/Porous PANI電極材料及其制備方法,首先通過機械研磨合成CeO₂/Porous PANI，再通過電化學還原方法制得rGO?CeO₂/Porous PANI三元復合電極材料。當二氧化鈰與多孔聚苯胺的質量比為1:4時，該三元復合電極材料在電流密度為5A.g^?1下經過10000次循環后電容保留量仍可高達70.23％。

技術領域

本發明涉及了一種高循環使用壽命的rGO-CeO₂/Porous PANI三元復合超級電容器電極材料的制備。

背景技術

超級電容器是從上世紀七、八十年代發展起來的通過極化電解質來儲能的一種電化學元件。它不同于傳統的化學電源，是一種介于傳統電容器與電池之間、具有特殊性能的電源，主要依靠雙電層和氧化還原假電容電荷儲存電能。超級電容器以其大容量、高功率、長壽命、成本低廉、環境友好等優越的性能，可以部分或全部替代傳統的化學電池，并且具有比傳統的化學電池更加廣泛的用途。超級電容的技術不斷發展，推動其應用范圍從最初的電子設備領域擴展到動力領域、儲能領域。人類在努力探索和開發新的能源的同時，也在不斷的改進新的能源存儲技術，超級電容器作為其中的佼佼者，其新型動力能源系統表現出了極其優異的性能，具有十分廣闊的發展前景。超級電容器的核心是在電極和電解液上，其中電極材料比表面積、電導率、孔徑大小、形貌、結構、耐酸耐堿性等因素直接決定了超級電容器電化學性能。常用的電極材料包括碳材料、導電聚合物、過渡金屬(氫)氧化物，其中碳基材料比表面積大、導電性高、穩定性好，但其電化學性能并不十分理想；單一的導電聚合物電極材料能夠存儲高密度的電荷，產生大的法拉第電容，但這類材料機械性能不佳，長期循環穩定性差，工作電壓及儲能密度有待提高；金屬氧化物因其高容量吸引了廣泛關注。

本發明中所制備的三元電極材料兼具了碳材料、導電聚合物以及過渡金屬氧化物。其中，每一種材料單獨作為電極材料時具有以下不足之處，包括(1)石墨烯是一種具有諸多優異性能，如良好的導電、導熱、比表面積大的新型碳基電極材料。但由于石墨烯片層間強烈的π-π作用導致其表面易于團聚大大削弱了其作為電極材料的使用壽命。(2)在眾多的導電聚合物中聚苯胺電容高、電阻低，在溶液中簡單易于聚合制備獲得，但聚苯胺作為電極材料的缺點是其循環穩定性較差，電容損耗快。(3)金屬氧化物用作電極材料具有比碳材料和聚合物更高的能量密度及循環壽命。其中CeO₂由于其陽離子可以在+3和+4價氧化態之間轉換而受到了顯著關注，并且由于CeO₂具有可逆釋放氧的能力，可以充當氧緩沖劑。但CeO₂導電性不及碳材料和聚合物導致其電容低，電阻高。因此，本發明旨在制備一種融合了幾種電極材料優點于一體的新型性能優異的三元復合電極材料。

發明內容

本發明主要是解決(1)石墨烯表面易于團聚，通過與金屬氧化物CeO₂和導電聚合物PANI的復合可以緩解其表面團聚現象從而克服這一缺點；(2)聚苯胺雖然電容較高，但其循環穩定性差，通過與CeO₂復合可以明顯提高復合后電極材料的循環壽命。(3)過渡金屬氧化物CeO₂導電性差，通過與導電性優異的石墨烯和聚苯胺復合來彌補CeO₂在導電性方面的缺陷。本發明制備的rGO-CeO₂/Porous PANI電極材料既利用了石墨烯、聚苯胺、二氧化鈰之間各自的優點彌補相互之間的缺點，從而使三元復合材料性能達到最優化；又利用了石墨烯、聚苯胺、二氧化鈰之間產生的協同效應，從而獲得了一種高循環壽命 rGO-CeO₂/PorousPANI超級電容器電極材料。

本發明的一種高循環壽命rGO-CeO₂/Porous PANI三元復合電極材料的制備是按以下步驟進行：