[發明專利]一種用于超級電容器的石墨烯/碳納米管二維層狀復合電極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201810254816.5
• 申請日: 2018-03-26
• 公開（公告）號: CN108615609B
• 公開（公告）日: 2019-11-01
• 發明（設計）人: 馬志華;陳改榮;潘洪革;張慶新;張來蘋;陳文超;趙磊
• 申請（專利權）人: 新鄉學院;河南捷源盛新材料科技有限公司
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/36;H01G11/38;H01G11/86
• 代理公司: 新鄉市平原智匯知識產權代理事務所(普通合伙) 41139
• 代理人: 路寬

本發明公開了一種用于超級電容器的石墨烯/碳納米管二維層狀復合電極材料的制備方法，具體過程為：通過添加阻聚成分醋酸鎳和尿素、熱膨脹及真空輔助將石墨烯紙的片層結構打開，再通過氣相沉積在打開的層間結構中沉積碳納米管得到石墨烯/碳納米管二維層狀復合電極材料。本發明制得的復合電極材料具有很高的比表面積和豐富的孔道結構，并由碳納米管在層間支撐構建成三維導電網絡結構，這種新型的石墨烯基層狀二維結構表現出很高的電容性能，是一種優秀的超級電容器電極材料。

技術領域

本發明屬于超級電容器電極材料技術領域，具體涉及一種用于超級電容器的石墨烯/碳納米管二維層狀復合電極材料的制備方法。

背景技術

石墨烯是一種具有獨特二維平面結構的材料，它由單層碳原子以sp2雜化聯接在一起而組成，獨特的結構賦予了石墨烯優異的性能，它具有良好的導電能力、優異的力學性能、較高的熱傳導系數以及很高的比表面積。因此，石墨烯在超級電容器領域具有很強的應用潛力。

石墨烯是一種優良的結構單元，通過對其結構誘導能夠得到一維、二維及三維結構材料，并表現出獨特的結構特性。石墨烯紙是由石墨烯結構誘導得到的二維結構，它具有較好的力學性能和柔性特點，在儲能領域特別是柔性儲能器件領域具有很強的應用潛力。然而石墨烯紙在制備的過程中片層發生了嚴重的重新堆疊，導致材料的比表面積很低，同時其所殘留的含氧官能團降低了石墨烯紙的導電能力，大大限制了石墨烯紙的應用。

目前國內外各種文獻和專利報道的石墨烯紙超級電容器電極材料主要采用添加復合材料和造孔等方法提高石墨烯紙的性能。如申請號為CN201510465231.4的專利在使用熱接觸的方法在石墨烯紙材料中構建出納米孔道結構，大大提高了材料的比表面積。申請號為CN201410088987.7的專利報道了在石墨烯紙中復合金屬納米顆粒，顯著改善了材料的導電能力。但是上述方法制得的電極材料用于超級電容器中其電化學性能仍然不夠理想，有待進一步提高。

發明內容

本發明解決的技術問題是提供了一種用于超級電容器的石墨烯/碳納米管二維層狀復合電極材料的制備方法，該方法制得的石墨烯/碳納米管二維層狀復合電極材料具有比表面積高和導電能力強等特點，在電化學性能測試中表現出優異的性能，具有廣闊的應用前景。

本發明為解決上述技術問題采用如下技術方案，一種用于超級電容器的石墨烯/碳納米管二維層狀復合電極材料的制備方法，其特征在于：通過添加阻聚成分醋酸鎳和尿素、熱膨脹及真空輔助將石墨烯紙的片層結構打開，再通過氣相沉積在打開的層間結構中沉積碳納米管得到石墨烯/碳納米管二維層狀復合電極材料。

進一步優選，所述用于超級電容器的石墨烯/碳納米管二維層狀復合電極材料的制備方法，其特征在于具體步驟為：以Hummer’s法制備得到氧化石墨，將氧化石墨分散于蒸餾水中配制成10mL、2mg/mL的氧化石墨烯分散液并加入10mL、7.5mg/mL的醋酸鎳溶液和20-40mg尿素，持續攪拌得到均勻分散液，將該分散液真空抽濾并于70℃干燥12h得到氧化石墨烯基類紙材料，該氧化石墨烯基類紙材料在氫氬混合氣中以15-30℃/min的升溫速率升溫至500-700℃并抽真空至氣壓為-0.1Mpa，使用蠕動泵以0.5-3mL/min的速率持續加入乙醇作為碳源進行碳納米管沉積5min，反復抽真空及碳納米管沉積步驟3次，待溫度降至室溫后取出樣品并用稀鹽酸溶液和蒸餾水反復清洗，所得樣品于70℃干燥12h得到最終產物用于超級電容器的石墨烯/碳納米管二維層狀復合電極材料。

進一步優選，所述氧化石墨烯基類紙材料在氫氬混合氣中以20℃/min的升溫速率升溫至600℃。

進一步優選，所述氫氬混合氣中氫氣的體積百分含量為5%。

進一步優選，所述乙醇的添加速率為2mL/min。