[發明專利]電池用石墨烯超級電容器

在審

• 申請號: 202010521142.8
• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN111564322A
• 公開（公告）日: 2020-08-21
• 發明（設計）人: 徐洪秀
• 申請（專利權）人: 青島粲耀新材料科技有限責任公司
• 主分類號: H01G11/24
• 分類號: H01G11/24;H01G11/36;C01B32/184;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及電池用石墨烯超級電容器，為電化學雙層電容器，在電化學雙層結構中使用納米多孔石墨烯。通過使用特制的納米多孔石墨烯，改善石墨烯的比表面積，進而改善所制得的超級電容器的單位面積內的活性質量負載、單位重量上的能量密度以及體積能量密度。

技術領域

本發明涉及電池領域，具體涉及電池用石墨烯超級電容器，在其電化學雙層結構中使用納米多孔石墨烯。

背景技術

石墨烯超級電容，根據其能量儲存機制的不同，主要分為三大類：電化學雙層電容器，使用吸附的陰離子和陽離子儲存能量；贗電容器，通過快速表面氧化還原反應存儲能量；不對稱超級電容器。其中，電化學雙層電容器，也稱為非法拉第超級電容器，其性能源自所謂的雙電層電容，雙電層電容器裝置的電容積聚的電荷被存儲在這作為在高表面積的電極和電解質之間的界面形成的雙電層中，是目前最常用的石墨烯超級電容器之一。

理論上，單層石墨烯片可以提供約2675m²/g的比外表面積，以及最大比電容550F/g。但在實際應用中，單獨的單層石墨烯片傾向于重新堆疊成多層石墨烯結構，且多層石墨烯結構的層間距很小，使得多層石墨烯結構的外表面才能夠作為超級電容器的有效表面，因而會大幅降低石墨烯的比外表面積，而且，比電容也只有90-170F/g。

可見，比表面積是石墨烯超級電容器的一個只管重要的參數，現有技術中，有研究者嘗試將含石墨烯片和電解質的混合漿料注入泡沫基體的孔中，來制備石墨烯，舍棄隨后的干燥、壓縮，避免石墨烯片的重新堆疊。但是，通常的泡沫基體的孔均是微米級別的，相應地，獲得的石墨烯的多孔結構也是微米級的，雖然制備得到的石墨烯中，由于微米級的孔洞的增加，對對石墨烯在超級電容中的應用有一定的促進作用，但是，效果仍然有限。

為此，本發明旨在提供一種電池用石墨烯超級電容器，其中石墨烯具有納米多孔結構，可以有效增加比表面積。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述技術問題，本發明提供了一種電池用石墨烯超級電容器，在該石墨烯超級電容器中，使用了特制的納米多孔石墨烯，可以有效增加石墨烯的比表面積，進而改善所制得的超級電容器的單位面積內的活性質量負載、單位重量上的能量密度以及體積能量密度。

一種電池用石墨烯超級電容器，為電化學雙層電容器，其特征在于，在電化學雙層結構中使用納米多孔石墨烯。

其中，所使用的電解質為氯化鈉溶液、氯化鉀溶液、氯化鎂溶液中的一種，濃度為0.5-3mol/L。

其中，納米多孔石墨烯的制備方法包括如下步驟：

一、納米多孔泡沫鎳的制備

A、對泡沫鎳基底進行酸洗處理，去除表面氧化膜，然后用去離子水沖洗至中性并干燥備用；

B、將步驟A得到的泡沫鎳基底放入含有尿素溶液的反應釜中進行水熱反應，水熱反應的溫度為120-140°C，時間為1-3小時，然后取出泡沫鎳基底，洗滌、干燥，得到表面為納米多孔結構的泡沫鎳基底；

C、表面還原，將步驟B中得到的泡沫鎳基底置于還原性氣氛中進行表面還原，將水熱反應后再泡沫鎳表面生成的氧化鎳、氫氧化鎳、堿式碳酸鎳等鎳氧化物還原成鎳單質，得到納米多孔泡沫鎳基底，用作生長納米多孔石墨烯的基底；

二、納米多孔石墨烯的生長

D、采用化學氣相沉積法在步驟C中制得的納米多孔泡沫鎳基底表面沉積石墨烯，得到納米多孔石墨烯；沉積時間為5-15min；

三、納米多孔泡沫鎳基底的去除

E，將步驟D中生長有納米多孔石墨烯的納米多孔泡沫鎳基底置于蝕刻液中，將納米多孔泡沫鎳基底蝕刻去除，得到單獨的納米多孔石墨烯。

其中，還原性氣氛包括氫氣。