[發(fā)明專利]一種以石墨烯氣凝膠為基體的儲能材料及其制備方法

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• 申請日: 2018-09-20
• 公開（公告）號: CN109280540A
• 公開（公告）日: 2019-01-29
• 發(fā)明（設計）人: 趙建平;路蕓;龐成榮
• 申請（專利權）人: 趙建平
• 主分類號: C09K5/00
• 分類號: C09K5/00;C07C245/08;C08J9/36;C08J9/28;C08J3/075;C08L79/04;C08K9/04;C08K3/04;C08G61/12
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本發(fā)明公開了一種以石墨烯氣凝膠為基體的儲能材料及制備方法，屬于新能源材料領域。本發(fā)明以氧化石墨烯為原料，引入富羥基鏈狀聚乙烯醇連結石墨烯片層，有利于導熱通道的打開和傳輸；本發(fā)明將經聚乙烯醇處理的氧化石墨烯與吡咯單體之間的自發(fā)組裝，提高儲能效率；本發(fā)明通過真空冰浴條件自延流注入工藝，氨基和石墨烯氣凝膠含氧基團發(fā)生接枝反應，增加了儲能的長效發(fā)揮；本發(fā)明以5?氨基間苯二甲酸為原料，得到偶氮苯類的儲能活性劑，偶氮苯分子可用于太陽能高效長期的存儲；本發(fā)明最后以石墨烯氣凝膠作為模板，增加儲能量。本發(fā)明解決了石墨烯氣凝膠材料使用交聯劑會使氧化石墨烯的結構單元發(fā)生變化，影響儲能性能的問題。

技術領域

本發(fā)明屬于新能源材料領域，具體涉及一種以石墨烯氣凝膠為基體的儲能材料及制備方法。

背景技術

石墨烯既是最薄的材料，也是最強韌的材料，斷裂強度比鋼材要高200倍。同時它又有很好的彈性，拉伸幅度能達到自身尺寸的20%。石墨烯目前最有潛力的應用是成為硅的替代品，制造超微型晶體管，用來生產未來的超級計算機。用石墨烯取代硅，計算機處理器的運行速度將會提高數百倍。

石墨烯是具有二維蜂窩狀結構的新型碳材料，具有很高的機械強度，彈性，導熱性，導電性，以及量子霍爾效應等，近年來引起了廣泛關注。石墨烯作為一種納米粒子增強環(huán)氧樹脂復合材料已經是研究熱點，但石墨烯納米粒子在環(huán)氧樹脂基體中分散性差、易團聚，導致樹脂改性后復合材料的性能在某些方面不升反降。

氣凝膠是一種固體物質形態(tài)，世界上密度最小的固體。密度可達到3kg/m³。一般常見的氣凝膠為硅氣凝膠在1931年制得。氣凝膠的種類很多，有硅系，碳系，硫系，金屬氧化物系，金屬系等等。任何物質氣凝膠經干燥除去內部溶劑后，又可基本保持其形狀不變，且產物具有高孔隙率、低密度。

氣凝膠內含大量的孔洞，孔洞率在80%以上，是一種具有納米結構的多孔材料，在力學、聲學、熱學、光學等諸方面均顯示其獨特性質。它們明顯不同于孔洞結構在微米和毫米量級的多孔材料，其纖細的納米結構使得材料的熱導率極低，具有極大的比表面積．氣凝膠對光、聲的散射均比傳統(tǒng)的多孔性材料要小得多，這些獨特的性質不僅使得該材料在基礎研究中引起人們興趣，而且在許多領域蘊藏著廣泛的應用前景。

目前，氣凝膠一般是采用溶膠-凝膠法制備，即先利用交聯劑的交聯特性制得濕凝膠（即水凝膠），然后經過干燥得到。對于石墨烯氣凝膠而言，有些報道采用氧化石墨烯與交聯劑混合，使二者發(fā)生交聯反應得到氧化石墨烯溶膠（即水凝膠），然后經過干燥、還原得到石墨烯氣凝膠。但是這種方法中，氧化石墨烯與交聯劑發(fā)生交聯反應時，氧化石墨烯的結構單元發(fā)生了變化，導致所生成的石墨烯氣凝膠中石墨烯的原本結構發(fā)生變化，從而使石墨烯原有的導電、力學、儲能性能受到影響。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題：針對目前石墨烯氣凝膠材料使用交聯劑會使氧化石墨烯的結構單元發(fā)生變化，影響儲能性能的問題，提供一種以石墨烯氣凝膠為基體的儲能材料及其制備方法。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下所述的技術方案是：

一種以石墨烯氣凝膠為基體的儲能材料，包括石墨烯氣凝膠基體物、儲能活性劑；

所述石墨烯氣凝膠基體物的制備方法，包括如下步驟：

（1）取氧化石墨烯按質量比1~3：30~50加入去離子水中，再加入氧化石墨烯質量6~9倍的聚乙烯醇，于140~150℃保溫，冷卻至室溫，取冷卻物經去離子水洗滌，得洗滌物，通入氬氣保護，取洗滌物保溫，冷卻至室溫，得冷卻物a；

（2）取冷卻物a按質量比1~3：10~20加入去離子水，超聲分散，再加入冷卻物a質量2~5%的吡咯，超聲，于25~30℃靜置3~5天，得靜置物，取靜置物按質量比1~4：30~40加入無水乙醇，靜置，過濾，去無水乙醇，重復加入無水乙醇、靜置過程5~8次，過濾，取最終濾餅干燥，得干燥物；