[发明专利]一种基于三维石墨烯的超级电容器电极材料制备方法

说明书

技术领域

本发明属于储能材料技术领域。尤其是涉及一种具有三维结构的石墨烯电极材料制备方法。

背景技术

超级电容器，又叫电化学电容器，具有诸如功率密度高、可快速充放电能力、循环稳定好等特点，成为新一代理想的新型能量储存器件，而备受人们关注。目前碳材料如活性炭、活性炭纤维、炭气凝胶碳、纳米管、石墨烯等以为超级电容器的主要材料之一，其中，具有单层碳原子紧密组成的二维蜂窝结构的石墨烯，由于其优异的电学性能，优良的化学稳定性和热力学稳定性，以及物理性能和机械性能，被认为是一种理想的超级电容器碳基材料。

现有技术公开报导过的电极制备方法主要将活性物质粉末、导电剂和粘结剂搅拌成泥浆通过涂布的办法涂在集流器上，公开号：CN101167204A电极合剂浆料的涂布方法及涂布装置，CN102789904A电极片制备方法和应用，CN101125972B规模化生产的超级电容器导电涂料及其工艺方法，CN102637531一种超级电容器用电极及其制备方法、浆料的制备方法，CN101140828B一种规模化生产的超级电容器工艺

或者将活性物质制备成薄膜然后转移到集流器衬底上，优点在于可以快速大规模生产，缺点在于增加接触电阻，导致高倍率电容性能变差，此外，导电剂、粘结剂和集流器本身会增加电极的总质量，使得电极整体比电容降低许多。利用CVD方法在三维泡沫金属衬底上可制备出具有三维连通网络结构的泡沫状石墨烯，具有优异的导电能力、巨大的比表面积和孔隙率。将三维泡沫金属衬底刻蚀后，可直接作为电极使用，无需额外的集流器，有效地降低了接触电阻和电极总质量。但是，昂贵的CVD设备和维护费用，复杂的制备工序，提高了电极材料的制作成本，限制了大规模工业化生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于三维多孔石墨烯的超级电容器电极材料的制备方法，该方法无需昂贵的设备，制备工序简单。

本发明技术方案是：基于三维多孔石墨烯的超级电容器柔性电极的制备方法、即石墨烯/泡沫镍复合电极材料的制备方法，包活如下步骤：

步骤一将除去表面氧化物的泡沫镍浸泡到氧化石墨烯分散液中，使氧化石墨烯沉积到泡沫镍上；取出后在室温下晾干去除水分；

步骤二将制备好的氧化石墨烯/泡沫镍复合电极通过抗坏血酸还原后再用化学腐蚀法刻蚀去除一部分镍金属或者氢碘酸同时还原和刻蚀去除一部分镍金属得到石墨烯/泡沫镍复合电极。

进一步，浸泡的方法是浸泡到浓度为0.5mg/ml－10mg/ml的氧化石墨烯分散液中，超声5－30分钟后晾干；或预湿润的泡沫镍浸入氧化石墨烯分散液的离心管中，在离心机中离心5－30分钟后晾干，转速为200±100转/分；或静置法浸泡。

沉积到泡沫镍的氧化石墨烯质量通过氧化石墨烯的浓度和浸泡次数控制。通过控制浸泡次数来控制沉积到泡沫镍的氧化石墨烯的质量，浸泡次数可以为1次至30次。将晾干好的氧化石墨烯电极浸泡到装有20ml抗坏血酸水溶液（浓度为10mg/ml）的烧杯里，用保鲜膜封口密封，然后将烧杯放到温度为60℃的水浴锅中。在保持该温度5小时后，将样品清洗干净和干燥去除水分。

化学法还原方法包括如下：含OH团的有机酸即抗坏血酸或者无机酸即氢碘酸溶液的浸泡，便可以得到石墨烯/泡沫镍复合电极；

步骤三可以将制备好的石墨烯/泡沫镍复合电极化学腐蚀法去除一部分镍金属，清洗后得到柔性的墨烯/泡沫镍复合电极。

在浸泡到氧化石墨烯之前，已经除去表面氧化物的泡沫镍要预先湿润，使氧化石墨烯更好地吸附到泡沫镍表面，具体过程为：将除去表面氧化物的泡沫镍浸入无水乙醇中1至10分钟，然后用去离子水水清洗，最后去除表面多余的水分。

本发明的有益效果：通过提供一种基于三维多孔石墨烯的超级电容器电极材料的制备方法，无需进一步处理直接作为超级电容电极使用，该电极材料具有高倍率的电容行为。将石墨烯/泡沫镍复合电极材料刻蚀去除大部分泡沫金属，残留泡沫镍金属仍然构成完整的导电网络，可以克服用化学法还原得到石墨烯材料的低导电性的缺点，大大减少了电极的总质量，同时电极厚度可以压薄至30微米左右，具有高度可弯曲的柔性电极特征。本发明方法简单易操作，能有效改善超级电容器的性能及降低制作成本，并适宜于规模化生产。无需昂贵的设备，制备工序简单，易于大规模生产。

附图说明

图1为本发明沉积到泡沫镍的石墨烯材料在2000mV/s扫描速度下的循环伏安图

图2本发明沉积到泡沫镍的石墨烯/泡沫镍复合电极分别在以0°、60°、90°、180°角度下的循环伏安图