[發明專利]一種三維多孔石墨烯-二硫化釩復合電極材料、其制備方法及其應用

有效

• 申請號: 201810653472.5
• 申請日: 2018-06-22
• 公開（公告）號: CN108597908B
• 公開（公告）日: 2020-04-28
• 發明（設計）人: 張海燕;劉章明
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: H01G11/30
• 分類號: H01G11/30;H01G11/32;H01G11/26;H01G11/86
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 趙青朵

本發明提供了一種三維多孔石墨烯?二硫化釩復合電極材料、其制備方法及其應用，復合電極材料包括多孔氧化石墨烯和所述多孔氧化石墨烯包覆的二硫化釩。該復合電極材料采用多孔氧化石墨烯包覆二硫化釩，多孔氧化石墨烯提供更多的離子通道及更高的比表面積，方便離子的存儲及傳輸；多孔氧化石墨烯可以提高二硫化釩的電導率，更能在充放電過程中抑制二硫化釩的體積膨脹及相變問題，同時二硫化釩能提供贗電容，使其具有較高的比電容量和倍率性能。復合電極材料在超級電容器中呈現出良好的電容特性。復合電極材料的三維宏觀體能顯著增強復合材料的穩定性。

技術領域

本發明屬于新能源技術領域，尤其涉及一種三維多孔石墨烯-二硫化釩復合電極材料、其制備方法及其應用。

背景技術

除了諸如溫室效應和酸雨等已經存在的嚴重的環境問題之外，人類正面臨著由化石燃料的燃燒和汽車氣體排放所造成的霧霾等新的問題。毫無疑問，開發出可替代的清潔和可持續能源技術及啟動零排放電動車(EV)以緩解日益嚴重的環境問題迫在眉睫。超級電容器因為其優異的性能被廣泛認為是電動汽車和儲能領域有前途的候選者之一。當然，其中重要的是要實現設計可靠的電極材料具有高能量/功率密度、長壽命、高倍率性能等。

具有分層結構的過渡金屬二硫屬元素化物(LTMDs)因其獨特的性質而被廣泛關注。2D層狀的二硫化釩(VS₂)已被證實是LTMD族中的典型成員，釩(V)夾在兩個硫原子(S)層之前形成S-V-S三明治結構，這種獨特的結構可以固有地容納客體離子插入層隙中而不會產生嚴重的結構變形，并能保證其在充放電期間電子的快速運輸，然而VS₂因自身電導率較低及離子脫嵌過程中導致的體積膨脹問題使得VS₂具有較差的倍率性能及較低的循環可逆性。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種三維多孔石墨烯-二硫化釩復合電極材料、其制備方法及其應用，該復合電極材料具有較高的比電容量和倍率性能。

本發明提供了一種三維多孔石墨烯-二硫化釩復合電極材料，包括多孔氧化石墨烯和所述多孔氧化石墨烯包覆的二硫化釩。

優選地，所述多孔氧化石墨烯的比表面積大于等于186m²/g；平均孔徑為20nm；孔體積為0.15～0.20cm³/g。

優選地，所述多孔氧化石墨烯和二硫化釩的質量比為88～92:8～12。

本發明提供了一種上述技術方案所述三維多孔石墨烯-二硫化釩復合電極材料的制備方法，包括以下步驟：

將釩源溶液和硫源混合，得到混合溶液；

將所述混合溶液、多孔氧化石墨烯和表面活性劑混合均勻，水熱反應，得到三維多孔石墨烯-二硫化釩復合電極材料。

優選地，所述釩源溶液中的釩源選自偏釩酸銨、釩酸鈉和偏釩酸鈉中的一種或多種；

所述硫源選自硫代乙酰胺和/或硫脲。

優選地，所述多孔氧化石墨烯按照以下方法制得：

將待處理氧化石墨烯超聲后和雙氧水混合，95～100℃下反應0.5～2h，冷卻后洗滌，再加入水超聲分散，得到多孔氧化石墨烯。

優選地，所述雙氧水的質量分數為28～32％；

所述待處理氧化石墨烯的質量和雙氧水的體積為比為10mg:(1～3)mL。

優選地，所述釩源、硫源和多孔氧化石墨烯的物質的量比為1:5～10:1～10；

所述表面活性劑和釩源溶液中釩源的質量比為0.5～1:1。

優選地，所述水熱反應的溫度為160～180℃；水熱反應的時間為10～30h。