[发明专利]一种柔性超级电容器电极及其制备方法

说明书

本发明提供了一种柔性超级电容器电极，包括石墨烯纸以及复合于所述石墨烯纸的三维多孔石墨烯。本发明将石墨烯纸与三维多孔石墨烯进行紧密的复合制备柔性超级电容器电极，其中，前者主要承担电极集流体的作用，同时赋予电极良好的力学性能，后者具有孔结构且比表面积大，良好的离子扩散能力和电荷存储能力，赋予电极优异的电容特性，通过结合两种不同石墨烯结构在电极力学性能和能量存储上的优势，获得具有良好力学性能的高性能柔性电极。

技术领域

本发明属于电容器技术领域，具体涉及一种柔性超级电容器电极及其制备方法。

背景技术

柔性电极材料作为柔性储能器件的核心部件直接决定了器件的性能。近些年来，随着碳纳米材料研究的飞速发展，利用导电性能优异、质量轻且比表面积大的碳材料制备柔性电极已成为发展主流。其中，石墨烯由于其独特的物化性能，已被广泛应用于柔性电极的制备。目前，柔性石墨烯纸电极由于质量轻，且具有良好的柔韧性、导电性以及自支撑能力，已成为柔性超级电容器电极材料的研究热点。不过石墨烯纸电极由石墨烯片层紧密堆积而成，具有典型的层状结构，尽管力学性能优异，但比表面积较小，离子扩散路径长，电极的能量密度和功率密度并不理想。将石墨烯片层进行整合组装可以获得具有三维石墨烯，其具有连通的孔结构和大的比表面积，因而在倍率性能和电荷存储方面具有明显优势。不过由于石墨烯片层之间的作用力较弱，电极的抗拉强度低，所以在弯折过程中柔韧性和机械稳定性较差，难以实现其在高性能柔性超级电容器中的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种柔性超级电容器电极及其制备方法，本发明提供的柔性超级电容器电极具有良好的柔韧性和容量。

本发明提供了一种柔性超级电容器电极，包括石墨烯纸以及复合于所述石墨烯纸的三维多孔石墨烯。

优选的，所述石墨烯纸的厚度为50～300μm，所述三维多孔石墨烯的厚度为50～200μm。

本发明还提供了一种上述柔性超级电容器电极的制备方法，包括以下步骤：

A)将经过表面修饰的磁性纳米粒子的有机分散相与氧化石墨烯的水分散相混合搅拌，进行反应后离心洗涤，得到磁性纳米粒子修饰的氧化石墨烯，将所述磁性纳米粒子修饰的氧化石墨烯分散于乙醇溶液中，得到磁性纳米粒子修饰的氧化石墨烯乙醇分散液；

B)在基底表面涂覆氧化石墨烯凝胶后置于乙醇溶液中，在所述氧化石墨烯凝胶下方施加磁场，向所述乙醇溶液中加入磁性纳米粒子修饰的氧化石墨烯乙醇分散液，所述磁性纳米粒子修饰的氧化石墨烯受磁场作用在所述氧化石墨烯凝胶表面进行富集、排列和组装，得到柔性超级电容器电极前驱体；

C)将所述柔性超级电容器电极前驱体进行还原并用去离子水清洗，得到柔性超级电容器电极。

优选的，所述磁性纳米粒子选自Fe₃O₄、NiO和Co₃O₄中的一种或多种。

优选的，所述经过表面修饰的磁性纳米粒子为表面修饰有稳定剂的磁性纳米粒子，所述稳定剂选自油酸和/或油胺。

优选的，所述有机分散相中的有机溶剂选自甲苯、正己烷或环己烷。

优选的，所述经过表面修饰的磁性纳米粒子与氧化石墨烯的质量比为(0.3～0.7)：1。

优选的，所述磁场强度>0.4T。

优选的，所述氧化石墨烯凝胶的厚度为0.5～3mm，所述氧化石墨烯凝胶中氧化石墨烯的浓度为7～10mg/mL。

优选的，所述还原的还原剂为碘和次磷酸的混合液或碘化氢溶液，所述碘与次磷酸的质量比为1:10～3:10，所述还原的温度为80～90℃，所述还原的时间为6～12小时。