[發明專利]一種石墨烯膜電極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201810377555.6
• 申請日: 2018-04-25
• 公開（公告）號: CN108461309B
• 公開（公告）日: 2019-09-24
• 發明（設計）人: 韓高義;馬文輝;常云珍
• 申請（專利權）人: 山西大學
• 主分類號: H01G11/86
• 分類號: H01G11/86;H01G11/32
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 劉寶賢

本發明提供了一種石墨烯膜電極材料的制備方法，步驟如下：第一步：利用改進的Hummers法，制備得到濃度為3～6mg/mL的氧化石墨烯水溶液；第二步：將上述氧化石墨烯水溶液與不同濃度的草酸水溶液等體積混勻，倒入聚四氟乙烯容器中冷凍干燥，壓制成膜，得到氧化石墨烯膜；第三步：將第二步得到的氧化石墨烯膜轉移到盛有適量草酸飽和溶液的聚四氟乙烯容器中，在140～180℃下，水熱反應8～14小時，室溫冷卻，洗滌，干燥，得到石墨烯膜電極材料。本發明方法條件溫和，操作簡單、環境友好。所制備的石墨烯膜作為對稱或者非對稱超級電容器電極便于電解質在其內部擴散，且循環使用壽命長。

技術領域

本發明涉及膜電極材料，特別涉及一種石墨烯膜電極材料的制備方法。

背景技術

石墨烯，是一種單分子層二維晶體，由sp²雜化碳原子組成。自從2004年Geim課題組發現石墨烯以來，由于其同時具有驚人的遷移率、媲美ITO的透光性、高超的機械強度、較大的比表面積和熱導率等眾多誘人的性質，激發了人們極大的研究興趣，在能源、生物、醫學、傳感等多個領域得到廣泛的研究和應用。在電化學電容器儲能方面，石墨烯，特別是石墨烯膜，作為電容器電極材料具有潛在的理論研究和實際應用價值。

目前多種方法制備石墨烯膜電極材料，抽濾法(Carbon,2012,50,1135.)是制備石墨烯膜的常用方法，但是該方法所制備的石墨烯膜的大小受漏斗尺寸的限制，而且所制備的石墨烯膜的結構比較致密。另外，自組裝法、滴涂法、旋涂法、噴涂法、噴墨打印法、靜電紡絲法、直接冷凍干燥氧化石墨烯溶液壓制成膜等方法(Advanced materials,2009,21,3007；Nano Lett.,2011,11,2905；Nano Lett.,2007,7,3394；Electrochem Commun.,2011,13,355；Nat.Nanotechmol.,2009,4,25；J.Phys.Chem.C,2012,116,14780；)用來制備石墨烯膜電極材料，然而制備得到的緊密堆積結構的石墨烯膜限制了電化學過程中電解質的擴散，使得石墨烯電極材料的有效比表面積降低，從而影響其電容性能和大規模的商業應用。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種操作簡單，成本低，環境友好、可大規模生產的石墨烯膜電極材料的制備方法；所制備的石墨烯膜作為超級電容器電極便于電解質在其內部擴散，且循環使用壽命長。

本發明提供的一種石墨烯膜電極材料的制備方法，包括如下步驟：

第一步：利用改進的Hummers法，制備得到濃度為3～6mg/mL的氧化石墨烯水溶液。

第二步：將上述氧化石墨烯水溶液與草酸水溶液(12～50mg/mL)等體積混勻，倒入聚四氟乙烯容器中冷凍干燥，壓制成膜，制備得到氧化石墨烯膜；該步驟中草酸溶液在冷凍干燥過程中形成草酸微晶均勻的分散于氧化石墨烯骨架中，有效避免了冷凍干燥的氧化石墨烯在壓制過程中出現堆疊現象。

第三步：將第二步得到的氧化石墨烯膜轉移到盛有適量草酸飽和溶液的聚四氟乙烯容器中，在140～180℃下，水熱反應8～14小時；室溫冷卻，洗滌，干燥，得到石墨烯膜電極材料。

以上第二步中，聚四氟乙烯容器可以用塑料容器或者玻璃容器代替，容器應為平底容器。

第三步中，水熱反應溫度優選160℃，反應時間優選12小時。

與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：

1、氧化石墨烯和草酸溶液同時冷凍干燥，草酸溶液在冷凍干燥過程中形成草酸微晶均勻的分散于氧化石墨烯骨架中，手壓成膜，解決了傳統方法，特別是直接壓制石墨烯或者氧化石墨烯凝膠制備石墨烯膜導致其片層堆疊的現象，提高了電極材料的有效比表面積的利用，增強其電容性能。