[發(fā)明專利]一種鎳基三維石墨烯/二氧化錳復(fù)合材料的制備與應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010311201.9
• 申請日: 2020-04-20
• 公開（公告）號: CN111463020A
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 廖敏會;劉力;王儲;陳曉濤;劉江濤;石斌;鄒睿
• 申請（專利權(quán)）人: 貴州梅嶺電源有限公司
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/30;H01G11/36;H01G11/46;H01G11/86;H01M4/36;H01M4/50;H01M4/62;H01M4/131;H01M4/1391
• 代理公司: 貴州派騰知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 52114
• 代理人: 周黎亞

本發(fā)明屬于儲能材料的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鎳基三維石墨烯/二氧化錳復(fù)合材料的制備與應(yīng)用，以泡沫鎳為模板，有機(jī)碳源為原料，利用化學(xué)氣相沉積法在泡沫鎳上原位生長出石墨烯，制得鎳基三維互通網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)石墨烯；以鎳基三維互通網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)石墨烯為導(dǎo)電基底，利用水熱反應(yīng)法在導(dǎo)電基底表面原位生長二氧化錳，制得鎳基三維互通網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)石墨烯/二氧化錳復(fù)合材料濕態(tài)，經(jīng)水洗至中性后，冷凍干燥，即得；所述鎳基三維石墨烯/二氧化錳復(fù)合材料用作超級電容器的工作電極。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于儲能材料的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鎳基三維石墨烯/二氧化錳復(fù)合材料的制備與應(yīng)用。

背景技術(shù)

超級電容器作為一種新型儲能器件，它具有超高的功率密度(10⁵W/kg)，短時間內(nèi)超高功率輸出，較好的可逆性，快速的充放電性能(60s)、超長的循環(huán)穩(wěn)定性(10⁵次)、寬的工作范圍(-70～60℃)等優(yōu)點(diǎn)。超級電容器在消費(fèi)類電子產(chǎn)品、新能源汽車、運(yùn)動控制、智能電網(wǎng)、工業(yè)節(jié)能減排、軍用武器裝備等領(lǐng)域可以發(fā)揮非常重要的作用。然而，能量密度這一評價儲能裝置的關(guān)鍵指標(biāo)卻嚴(yán)重限制了超級電容器的大規(guī)模應(yīng)用(超級電容器能量密度＜10Wh/kg)。因此，在保持超級超級電容器高功率輸出的同時增加超級電容器的能量密度已經(jīng)成為超級電容器研究的炙熱課題。

根據(jù)超級電容器的工作原理，為了使超級電容器得到較大的比電容，電極材料需要具有導(dǎo)電性好、比表面積大等特性，電極片需要具有低內(nèi)阻、化學(xué)惰性等特性。當(dāng)前使用最多的電極材料多為活性炭材料，具有綠色無污染的優(yōu)勢。但是，因其比表面積小、導(dǎo)電性差、比電容值低等缺點(diǎn)。而石墨烯具有導(dǎo)電性高(電導(dǎo)率可達(dá)106S/m)，比表面積大(理論比表面積為2630m²/g)，夾層結(jié)構(gòu)豐富，其理論比電容可達(dá)到550F/g。但由于石墨烯優(yōu)異特性使得其在過程中由于石墨烯片層間的π-π鍵作用使石墨烯極易發(fā)生團(tuán)聚，導(dǎo)致其實(shí)際性能難以得到發(fā)揮。

金屬氧化物在充放電時會發(fā)生氧化還原反應(yīng)，反應(yīng)會產(chǎn)生非常大的法拉第準(zhǔn)電容，而在眾多金屬氧化物中，二氧化錳具有價格低廉、物產(chǎn)豐富、無毒無污染、電位窗口較寬和超高理論比電容值(1370F/g)等特點(diǎn)，但二氧化錳導(dǎo)電性差，將其作為電極材料實(shí)際的比電容還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到其理論比電容，且其循環(huán)穩(wěn)定性也受到較大影響。

申請?zhí)朇N201910812357.2公開了一種石墨烯/二氧化錳超級電容電極的制備方法，屬于功能碳材料制備領(lǐng)域：首先，在無模板、無其他表面活性劑的條件下，制備出了石墨烯/二氧化錳復(fù)合物，所述的石墨烯/二氧化錳復(fù)合物是由石墨烯以及均勻負(fù)載在石墨烯層間的二氧化錳納米顆粒所組成，所述二氧化錳納米顆粒的直徑為10～20nm；之后將石墨烯/二氧化錳復(fù)合物制備成超級電容電極；該發(fā)明制備出的石墨烯/二氧化錳超級電容電極在1mol/L NaSO₄電解液中，1.6V的電位窗口下測得超級電容的電容量為380～540F/g，在100mV/s下進(jìn)行1000次循環(huán)后電容量為初始值的85～90％。

申請?zhí)朇N201910641016.3公開了一種三維石墨烯-金屬氧化物復(fù)合傳感薄膜修飾電極，由具有三維結(jié)構(gòu)的石墨烯骨架和均勻分散在骨架上的金屬氧化物納米顆粒，在金屬導(dǎo)線電極表面原位組裝而成。其制備方法是：將金屬鹽超聲溶解到氧化石墨烯溶液中，并加入適量氨水配成前驅(qū)體溶液；將預(yù)處理后的金屬導(dǎo)線電極放入一端封口的玻璃毛細(xì)管中，將配制的前驅(qū)體溶液注入毛細(xì)管，將毛細(xì)管另一端封閉后置于烘箱中水熱反應(yīng)，冷卻后取出金屬導(dǎo)線電極，經(jīng)冷凍干燥后，在電極表面原位形成復(fù)合傳感薄膜；該發(fā)明的復(fù)合傳感薄膜修飾電極，具有優(yōu)良的微表面結(jié)構(gòu)，薄膜與電極間的結(jié)合強(qiáng)度高，制備過程簡便可控，對重金屬離子具有選擇性吸附能力，可用于環(huán)境樣品中重金屬離子的分析測試。