[發(fā)明專利]一種制備MnO2納米微球/石墨烯/活性炭柔性薄膜電極的方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810342956.8
• 申請(qǐng)日: 2018-04-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108428559A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-08-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金小娟;許蘭淑;李月;賈夢(mèng)穎;崔琳琳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京林業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01G11/32
• 分類號(hào): H01G11/32;H01G11/34;H01G11/46;H01G11/86
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本發(fā)明涉及一種制備MnO₂納米微球/石墨烯/活性炭柔性薄膜電極的方法，首先活性炭顆粒穿插在石墨烯片層之間增大其層間距，石墨烯充當(dāng)粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑，制備出柔性、自支撐石墨烯/活性炭薄膜。將其作為柔性基體，采用不同電沉積方法沉積MnO₂納米微球，得到三者復(fù)合的柔性薄膜電極材料。本發(fā)明獲得的柔性薄膜電極同時(shí)具有雙電層電容和贗電容，比電容高，循環(huán)壽命長(zhǎng)，機(jī)械柔韌性好，在可穿戴、便攜式電子設(shè)備中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種制備MnO₂納米微球/石墨烯/活性炭柔性薄膜電極的方法，屬于電子材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

柔性儲(chǔ)能設(shè)備由于其潛在的應(yīng)用前景，在便攜式、可穿戴電子設(shè)備方面引起了廣泛的關(guān)注。相比于傳統(tǒng)的儲(chǔ)能設(shè)備，柔性電源不僅要具有良好的穩(wěn)定性、高效率和其他基本的要求，更要在反復(fù)折疊和彎曲的情況下，其電化學(xué)性能不發(fā)生明顯的減小。其中，柔性超級(jí)電容器，具有快速充放電能力、較長(zhǎng)的循環(huán)壽命和較高的能量密度，在電化學(xué)儲(chǔ)能設(shè)備中引起了越來(lái)越多的關(guān)注。另外，具有自支撐、超薄、無(wú)膠黏劑的大電容、低成本特點(diǎn)的電極材料是柔性電容器的迫切需求。

碳材料，如：活性炭、碳納米管、碳纖維和石墨烯等，都來(lái)源于自然資源，被認(rèn)為是金屬氧化物的理想代替者。尤其是石墨烯，具有二維蜂窩狀結(jié)構(gòu)、高的比表面積、高遷移率、優(yōu)良的機(jī)械柔韌性和自組裝性能。然而，石墨烯緊湊的層狀結(jié)構(gòu)和易于團(tuán)聚的現(xiàn)象減小了比表面積的有效利用率，影響電解質(zhì)的浸透，因此石墨烯不適用于超級(jí)電容器。為了提高導(dǎo)電率，一種原料中需包含兩個(gè)明顯對(duì)立的性質(zhì)：多孔結(jié)構(gòu)和較高密度。氧化石墨烯來(lái)自于化學(xué)改性的石墨烯，被認(rèn)為是用來(lái)合成復(fù)合材料最有前景的原料。目前為止，被用來(lái)提高其能量密度的合成方法有：水熱法、化學(xué)氣相沉積法、電沉積法、旋涂法和自組裝方法。而應(yīng)用最早和使用范圍最廣的活性炭電極材料，很少在柔性電容器中被報(bào)道。活性炭是取之不盡、可再生的、環(huán)境友好和相對(duì)廉價(jià)的原材料，大多來(lái)自于木材、果殼、椰殼、胡桃殼、棗殼、杏殼等。并且，活性炭電極材料具有顯著的性能，例如易于加工、多孔、大的比表面積和高的電化學(xué)穩(wěn)定性。活性炭可與氧化石墨烯通過(guò)自組裝的方式進(jìn)行復(fù)合，三維多孔結(jié)構(gòu)的石墨烯/活性炭復(fù)合柔性電極可以達(dá)到明顯的協(xié)同作用，氧化石墨烯的加入能增加電解質(zhì)離子進(jìn)入的有效比表面積，并在不使用膠黏劑的條件下?lián)碛休^好的機(jī)械柔韌性能。

過(guò)渡金屬氧化物、氫氧化物和聚合物與碳材料的復(fù)合材料被廣泛應(yīng)用在柔性電極材料中。其中，氧化錳材料被廣泛認(rèn)為是基于活性材料表面可發(fā)生可逆氧化還原反應(yīng)的偽電容材料。對(duì)比與其他金屬氧化物，MnO₂電極具有低價(jià)、高理論比電容和環(huán)境友好型等優(yōu)點(diǎn)。然而，MnO₂電極也存在著一些缺陷，例如，低電子傳導(dǎo)率，導(dǎo)致低功率密度，以及由于MnO₂活性物質(zhì)在充放電循環(huán)過(guò)程中會(huì)不成比例的溶解，導(dǎo)致循環(huán)壽命大大降低。解決這些問(wèn)題的關(guān)鍵是探索一種新型的柔性電極材料系統(tǒng)，包括材料的組裝、材料的形態(tài)和分布，以及電解質(zhì)的選擇，即使在高電壓下，也可以保證高導(dǎo)電性和電化學(xué)穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種制備MnO₂納米微球/石墨烯/活性炭柔性薄膜電極的方法。

本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

(1)將氧化石墨烯和活性炭粉末按照10:1-1:5的質(zhì)量比分散在去離子水中，超聲1-3h至均勻；

(2)滴加10-50μL的還原劑于上述混合溶液中，移至水浴鍋80-95℃下反應(yīng)2-5h，量取50-100mL抽濾成石墨烯/活性炭柔性薄膜；