[发明专利]制备石墨烯气凝胶及石墨烯/金属氧化物气凝胶的方法

说明书

技术领域

本发明属于电容器电极材料领域，涉及一种以氧化石墨和醇为原料制备石墨烯气凝胶及石墨烯/金属氧化物气凝胶的方法，具体的说涉及以氧化石墨和醇为原料制备的石墨烯气凝胶和石墨烯/金属氧化物气凝胶超级电容器电极材料。

背景技术

如何保证将来的能源供应是人类本世纪所面临的重要问题之一。化石能源枯竭和全球气候变暖使人们对可再生能源的利用日益重视，大力发展清洁能源汽车也成为不可逆的趋势，这同时也伴随着对电能存储设备的巨大需求。高效的能量储存和转换技术是可再生能源利用和发展电动汽车的关键技术之一，建立高效、稳定的电能存储系统无疑是实现这些目标的先决条件。

自上世纪80年代以来各种新型的高储能二次电池逐渐问世。然而，一般的二次电池很难满足大功率放电及快速储存电能的需求。超级电容器是在传统的电解电容器上发展起来的新型储能元件，由于采用了新型的电极材料和电解液体系，能量密度突破了传统电容器微法级的限制，接近二次电池的十分之一，而功率密度是电池的数十倍，这使其可以在某些储能领域作为电池的有效补充，甚至完全替代电池。目前，超级电容器被广泛应用于消费性电子设备、记忆备份系统、工业电力和能源管理，而将超级电容器与二次电池配套，则可以解决汽车加速和减速时对能量的快速释放和回收的需求。除了日常生活中的应用外，超级电容器在移动通讯、信息技术、航空航天和国防科技等关系国家发展及安全的领域也有着十分广泛的应用，许多国家制定出发展计划，将其列为重点的研究对象之一。

在众多的超级电容器电极材料中，石墨烯以其优良的导电性，超高的理论比表面积，稳定的物理化学性质而吸引了人们广泛的关注，成为了该领域的研究热点。而将石墨烯制备成气凝胶的形式不但有利于充分利用其表面，还能在内部构成三维导电网络而提高其导电性，由此能够极大的提升石墨烯作为超级电容器电极材料的性能。专利CN201210376937.X中采用水热的方法制备的石墨烯气凝胶，但是并未使用交联剂。本发明则是采用醇同时作为交联剂，并采用水热过程形成来制备石墨烯气凝胶或石墨烯/金属氧化物复合气凝胶。另外之前的专利中大都是用来制备石墨烯气凝胶，而石墨烯复合气凝胶材料则只有石墨烯/普鲁士蓝类配合物复合气凝胶（专利CN201210309317.4）及石墨烯/碳纳米管复合气凝胶（专利CN201210123313.7），

本发明中则提供了一种石墨烯/金属氧化物复合气凝胶的制备方法，而且有利于保持金属氧化物原本的物理化学性质。

发明内容

本发明主要是采用氧化石墨作为原料，醇作为交联剂，金属氧化物作为添加剂，提供一种制备石墨烯气凝胶及石墨烯/金属氧化物气凝胶的方法。所述的石墨烯气凝胶及石墨烯/金属氧化物气凝胶具有优良的电化学性能，可作为超级电容器的电极材料。并且该方法具有成本低廉，环境友好，操作工艺简单等优点。

为实现上述目的，本发明的技术技术方如下：

石墨烯气凝胶及石墨烯/金属氧化物气凝胶中的石墨烯片利用交联剂，通过边缘连接的方式形成三维网状结构，而石墨烯/金属氧化物气凝胶中的金属氧化物分散在石墨烯片之间。

其中所述交联剂为醇类物质。

石墨烯气凝胶的宏观尺寸为1mm-1m，其内部为多孔结构，孔径范围为0.5nm-0.5cm，碳和氧的总含量大于99.9%，余量为氢及其他杂质元素，其中氧元素的质量分数为0.1-20%，其比表面积为100-2500m²g^-1。

石墨烯/金属氧化物气凝胶的宏观尺寸为1mm-1m，其内部为多孔结构，孔径范围为0.5nm-0.5cm，金属纳米颗粒的尺寸为1nm-1mm，其比表面积为100-5500m²g^-1；其组分以质量分数计：石墨烯的含量占2-98%，金属氧化物的含量占98-2%。

本发明的另一目的是提供上述石墨烯气凝胶及石墨烯/金属氧化物气凝胶制备方法，具体制备过程如下：