[發明專利]電紡碳納米纖維/還原氧化石墨烯/聚苯胺/堿式碳酸鎳復合電極材料的制備方法

有效

• 申請號: 202011511328.1
• 申請日: 2020-12-18
• 公開（公告）號: CN112726192B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 趙巖;王亞清;王思超;鄭吉華;劉文杰;胡金枝;黃云鵬;連加彪
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: D06M11/74
• 分類號: D06M11/74;D06M11/76;D06M15/61;H01G11/36;H01G11/86;C01B32/15;C01B32/19;D01F9/22;B82Y30/00;B82Y40/00;D06M101/40
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本發明屬于能源材料技術領域，涉及一種電紡碳納米纖維/還原氧化石墨烯/聚苯胺/堿式碳酸鎳復合電極材料的制備方法及其應用：步驟為：首先通過靜電紡絲的方法制備了聚丙烯腈電紡膜，經過預氧化、氧化石墨烯溶液浸泡、碳化等步驟，制備了電紡碳納米纖維/還原氧化石墨烯；然后通過原位聚合的方法在之前的基礎上成功包覆聚苯胺；最后通過水熱反應調控水熱時間和濃度，得到電紡碳納米纖維/還原氧化石墨烯/聚苯胺/堿式碳酸鎳復合電極材料；本發明制備的復合電極材料未有文獻報道，方法簡便，容易操作；所得材料具有穩定的形貌、高的比表面積和導電性、更多的活性位點、電化學儲能性能優異以及良好的機械穩定性和電化學循環穩定性。

技術領域

本發明屬于能源材料技術領域，具體涉及一種電紡碳納米纖維/還原氧化石墨烯/聚苯胺/堿式碳酸鎳復合電極材料的制備方法。

背景技術

近年來，隨著化石能源的不斷減少和環境污染的加劇，尋找高效、綠色的儲能設備迫在眉睫。超級電容器又稱電化學電容器，因其比電池和常規電容器具有更高的功率密度、能量密度、高速率特性和長壽命等特點而受到世界各國的廣泛關注，被認為是最有前途的儲能系統之一。根據能量存儲機制，超級電容器分為兩類，包括雙電層電容器(EDLC)和贗電容器。EDLC來自電極和電解質之間界面上的累積電荷。贗電容器在充電/放電過程中發生快速且可逆的法拉第反應，由于可逆的氧化還原法拉第反應，贗電容可以獲得比電容和能量密度遠遠高于傳統的EDLCs。

堿式碳酸鹽[M₂(OH)₂CO₃,M＝Ni，Co,Cu,Fe等]已被廣泛的研究作為儲能活性電極材料由于它們高理論容量；它們獨特的晶體結構允許電解質離子自由地插層并擴散到物質的內部區域。然而，純堿式碳酸鹽通常具有較低的電導率、易團聚等問題，不利于超級電容器的應用。

發明內容

針對上述現有技術存在的不足，本發明旨在解決所述問題之一；提供一種制備簡單，綠色環保的電紡碳納米纖維/還原氧化石墨烯/聚苯胺/堿式碳酸鎳復合電極材料的制備方法，通過靜電紡絲的方法首先制備了聚丙烯腈電紡膜，經過預氧化、氧化石墨烯溶液浸泡、碳化等步驟，制備了電紡碳納米纖維/還原氧化石墨烯，接下來通過原位聚合的方法在之前的基礎上成功包覆聚苯胺，最后通過調控水熱反應的時間和濃度，得到電紡碳納米纖維/還原氧化石墨烯/聚苯胺/堿式碳酸鎳復合電極材料。

為了實現以上目的，本發明的具體步驟如下：

步驟1、電紡碳納米纖維/還原氧化石墨烯電極材料的制備：

首先，將聚丙烯腈粉末加入N,N-二甲基甲酰胺溶液中，在油浴中加熱一定時間后，在常溫條件下攪拌，攪拌均勻得到澄清透明的紡絲液；將該紡絲液進行靜電紡絲，得到靜電紡絲膜；將所得靜電紡絲膜于管式爐中，在空氣氣氛下進行預氧化，將預氧化后的膜放入氧化石墨烯溶液中浸泡，浸泡后將膜取出用乙醇沖洗，干燥后得到包覆氧化石墨烯片層的靜電紡絲膜，再次置于管式爐中，在氮氣氣氛下進行碳化，得到電紡碳納米纖維/還原氧化石墨烯電極材料，記為GCNF電極材料；

步驟2、電紡碳納米纖維/還原氧化石墨烯/聚苯胺電極材料的制備：

將過硫酸銨和苯胺分別溶解于硫酸溶液中，得到溶有過硫酸銨的硫酸溶液和溶有苯胺的硫酸溶液；然后將上述兩種溶液在一定溫度下靜置一段時間，然后將兩種溶液混勻，得到混合溶液；將步驟1所得的GCNF電極材料放入混合溶液中進行反應，反應結束后得到膜材料，經洗滌、烘干后得到電紡碳納米纖維/還原氧化石墨烯/聚苯胺電極材料，記為GCNF/PANI電極材料；

步驟3、電紡碳納米纖維/還原氧化石墨烯/聚苯胺/堿式碳酸鎳電極材料的制備：

稱取檸檬酸鈉、烏洛托品、六水合硝酸鎳加入去離子水中，超聲溶解得到的混合液放于反應釜中，再加入步驟(2)制備的GCNF/PANI電極材料，然后放于烘箱中進行反應，結束后將膜取出用蒸餾水洗滌并烘干后得到電紡碳納米纖維/還原氧化石墨烯/聚苯胺/堿式碳酸鎳電極材料，記為GCNF/PANI/NCO電極材料。