[發(fā)明專利]一種石墨烯/苯二胺柔性復(fù)合膜電極的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810377394.0
• 申請(qǐng)日: 2018-04-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108597900B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 常云珍;韓高義;夏思思
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山西大學(xué)
• 主分類號(hào): H01G11/30
• 分類號(hào): H01G11/30;H01G11/36;H01G11/86
• 代理公司: 太原市科瑞達(dá)專利代理有限公司 14101
• 代理人: 劉寶賢

本發(fā)明提供了一種石墨烯/苯二胺柔性復(fù)合膜電極的制備方法，步驟如下：1)按照改進(jìn)的Hummers法，制備氧化石墨烯水溶液；2)在超聲條件下，按照氧化石墨烯、尿素、苯二胺質(zhì)量比1:1?8:1?3.5，將氧化石墨烯水溶液與尿素混勻；取苯二胺水溶液慢慢滴入上述混合溶液中，使體系中氧化石墨烯水溶液的濃度達(dá)到2?7mg/mL；并倒入容器中干燥，得到氧化石墨烯/苯二胺/尿素復(fù)合膜；3)將上述復(fù)合膜在HI中浸泡，洗滌，低溫加熱處理，得到石墨烯/苯二胺柔性復(fù)合膜電極。本發(fā)明先將尿素與氧化石墨烯超聲混勻，有效避免苯二胺分子短時(shí)間內(nèi)誘導(dǎo)氧化石墨烯凝固導(dǎo)致其發(fā)生團(tuán)聚、堆疊，可有效增強(qiáng)該柔性復(fù)合膜電極電容性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及膜電極材料的制備，特別涉及一種石墨烯/苯二胺柔性復(fù)合膜電極的制備方法。

背景技術(shù)

20世紀(jì)70年代石油危機(jī)發(fā)生以后，能源短缺已成為人類社會(huì)面臨的巨大挑戰(zhàn)，解決能源的高效利用和開(kāi)發(fā)新型清潔能源成為當(dāng)今世界普遍關(guān)注的重大問(wèn)題。近年來(lái)，高效儲(chǔ)能器件引起科研人員的廣泛關(guān)注。電化學(xué)電容器，也叫超級(jí)電容器，具有儲(chǔ)能效率高、使用壽命長(zhǎng)、環(huán)境友好、安全可靠等優(yōu)點(diǎn),已成為備受關(guān)注的新型儲(chǔ)能原件。特別是，隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品正向著小型化、柔性可折疊及可穿戴的方向發(fā)展，開(kāi)發(fā)柔性的高功率密度和高能量密度的電化學(xué)電容器已發(fā)展成儲(chǔ)能設(shè)備研究的重要方向。在組成電化學(xué)電容器的各部件中，電極材料對(duì)柔性電化學(xué)電容器的性能有著至關(guān)重要的影響。石墨烯是單層碳原子以sp²雜化形成的二維晶體，具有較好的機(jī)械和導(dǎo)熱性能，并且具有高比表面積(理論值達(dá)2600m²g^-1)、高載流子遷移率(2×l0⁵cm²V^-1s^-1)和良好的柔韌性[Solid State Commm.,2008,146,351-355；Science.,2008,321,385-388；Nano Lett.,2008,8,902-907；Chem.Mater.,2008,20,6792-6797]，因而被認(rèn)為是理想的柔性超級(jí)電容器電極材料.

目前,抽濾法、界面組裝法、沖壓石墨烯氣凝膠或水凝膠等方法制備柔性石墨烯膜電極材料[Nano Lett.,2012,12,1806-1812；Adv.Mater.,2009,21,3007-3011；Adv.Mater.,2012,24,1089-1094；ACS Nano,2013,7,4042-4049；Adv.Mater.,2013,25,3985-3992.]，但由于石墨烯片層間存在強(qiáng)的范德華力，導(dǎo)致石墨烯發(fā)生不可逆的堆疊、團(tuán)聚，因此，上述方法制備的柔性石墨烯膜電極材料有效比表面積得不到充分利用，導(dǎo)致其電容性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于理論值。

通過(guò)在石墨烯片層間引入贗電容材料，例如苯二胺分子，防止石墨烯片層堆疊的同時(shí)增加贗電容以提高材料儲(chǔ)能性能成為研究人員普遍采用的辦法[Journal ofMaterials Chemistry,2012,22,18775-18783；J.Mater.Chem.A,2013,1,3454-3462；NanoEnergy 2015,17,160-170；Chemistry of Materials 2016,28,9110-9121.]。雖然苯二胺分子的引入石墨烯，在低電流密度下使復(fù)合材料的比電容明顯增加，然而苯二胺分子功能化的石墨烯復(fù)合電極材料電容性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于理論值。主要原因是由于少量的苯二胺分子與石墨烯的前軀體氧化石墨烯溶液接觸，在較短的時(shí)間內(nèi)，很容易引起氧化石墨烯凝固，導(dǎo)致所制備得到的石墨烯發(fā)生團(tuán)聚，形成密堆積的結(jié)構(gòu)，一方面影響了石墨烯有效比表面積的充分利用，使得電解質(zhì)離子在復(fù)合膜電極材料內(nèi)部孔道中的傳輸受擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)限制，另一方面影響了苯二胺與石墨烯的有效復(fù)合，使得制備得到的苯二胺復(fù)合柔性復(fù)合膜電極電容性能原因低于理論值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供的一種石墨烯/苯二胺柔性復(fù)合膜電極的制備方法，該方法工藝簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)條件溫和，成本低，可批量制備；該方法制備得到的柔性復(fù)合膜電極作為超級(jí)電容器電極材料，其電容性能明顯提高。