[發明專利]一種氮摻雜石墨烯/三氧化二鐵復合電極材料的制備方法

在審

• 申請號: 201810763676.4
• 申請日: 2018-07-12
• 公開（公告）號: CN108963270A
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發明（設計）人: 張成如
• 申請（專利權）人: 山東聯星能源集團有限公司
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M8/0226;H01M8/18
• 代理公司: 北京華仲龍騰專利代理事務所(普通合伙) 11548
• 代理人: 李靜

本發明提供一種氮摻雜石墨烯/三氧化二鐵復合電極材料的制備方法，按照以下步驟進行：氮摻雜石墨烯的制備；氮摻雜石墨烯二次氧化；氮摻雜石墨烯/三氧化二鐵復合電極材料的制備。本發明的一種氮摻雜石墨烯/三氧化二鐵復合電極材料的制備方法，具有高比表面積和良好的三維結構通道，可以為電解液的存儲與運輸提供場所，電極實現了集流體與活性物質的一體化，提供了電極材料的綜合性能，可以展望其在液流電池等新能源電池領域具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及新能源材料技術領域，具體涉及一種氮摻雜石墨烯/三氧化二鐵復合電極材料的制備方法。

背景技術

液流儲能電池技術作為解決可再生能源發電系統隨機性和間歇性非穩態特征的有效方法，在電力工業、電動汽車供電、應急電源系統、軍用電源等方面具有廣泛的應用前景。作為液流電池電極關鍵部件之一，電極只作為電化學反應的場所，不參與電化學反應，要求其具有優良的電化學活性、導電性、重現性、穩定性和機械強度。

二氧化二鐵由于低成本、無毒性、高化學穩定性和高的理論容量，成為一種受到廣泛關注的電極材料。石墨烯電阻率極低，電子遷移的速度極快，具有非同尋常的電性能。石墨烯/三氧化鈦二鐵復合電極在保持兩種組分優勢的同時，三氧化二鐵納米顆粒分布在石墨烯片層之間，能夠有效抑制石墨烯的片層堆疊和團聚，改善孔結構，提高比表面積。同時石墨烯/三氧化鈦二鐵復合材料構建出的三維導電網絡能有效克服三氧化二鐵低導電性等缺點，多孔結構也可用作離子的緩沖存儲池，有利于離子傳輸，可有緩解三氧化二鐵納米顆粒在電化學充放電的過程中體積膨脹，提高液流電池綜合性能。

氮摻雜石墨烯/三氧化二鐵復合電極具有在高電流密度下超高比容量的特性。同時氮原子摻雜在石墨烯結構中，能夠優化電極-電解液潤濕狀況，使電極材料具有良好的長期運行穩定性。氮摻雜石墨烯/三氧化二鐵符合電極活性明顯提升。

目前大部分的復合材料都是通過在石墨烯上沉積或錨定異質材料的納米顆粒形成的粉體材料，從而引發石墨烯直接按不可逆轉的團聚與堆積，造成復合材料的比表面積顯著下降，限制石墨烯復合材料在某些領域的應用，本發明能夠提供一種低成本、工藝簡單的氮有效解決這一問題的方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種氮摻雜石墨烯/三氧化二鐵復合電極材料的制備方法，具有高比表面積和良好的三維結構通道，可以為電解液的存儲與運輸提供場所，電極實現了集流體與活性物質的一體化，提供了電極材料的綜合性能，可以展望其在液流電池等新能源電池領域具有廣闊的應用前景。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案：

本發明的一種氮摻雜石墨烯/三氧化二鐵復合電極材料的制備方法，按照以下步驟進行：

（1）氮摻雜石墨烯的制備：氧化石墨烯由Humers制得，將20-30份重量的石墨粉與10-16份重量的硝酸鈉混合烘干8-12h，轉移到三口燒瓶中，并在冰浴條件下向其中加入10-17份重量的濃硫酸，緩慢均勻加入10-17份重量的高錳酸鉀，撤除冰浴裝置，將混合溶液在60-80℃下恒溫水熱6-9h，再次緩慢加入100-120份重量的冰水，待反應放熱完成后將溶液轉移到燒杯中，邊攪拌邊向溶液中滴加20-30份重量的雙氧水，除去多余的高錳酸鉀，溶液反映完全后呈亮黃色，用砂芯漏斗抽濾亮黃色溶液，并用鹽酸洗滌五次，再用去離子水稀釋洗滌溶液中剩余的氯離子；當除盡多余的金屬離子和氯離子后，石墨烯濾餅被分散在去離子水中攪拌分散30min，然后抽濾洗滌；將20-35份重量的石墨烯分散在100-150份重量的濃氨水中攪拌20-40min，然后超聲20-60min，將分散均勻的溶液轉移到聚四氟乙酸水熱釜中，180℃高溫水熱反映12-18h，水熱反應停止后將溶液冷卻至室溫；