[发明专利]一种ZnCo2S4/氧化还原石墨烯的超级电容器复合电极材料

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，具体涉及一种ZnCo₂S₄/氧化还原石墨烯的超级电容器复合电极材料。

背景技术

超级电容器是一种介于普通电容器和化学电池之间的储能器件,兼具两者的优点，如功率密度高、能量密度高、循环寿命长、可快速充放电，并具有瞬时大电流放电和对环境无污染等特性。它涉及材料、能源、化学、电子器件等多个学科，成为交叉学科研究的热点之一。作为一种绿色环保、性能优异的新型储能器件，超级电容器在众多的领域有广泛的应用，包括国防、军工以及电动汽车、电脑、移动通信等民用领域，因而受到了世界各国尤其是发达国家的高度重视。

超级电容器的性能取决于电极材料，电解液，制备工艺等，其中对超级电容器性能影响最大的是电极材料，碳材料具有比表面积大、导电性好、稳定性高、价格低廉等优点，因此在20世纪60年代就已被研究并应用于超级电容器，常见的碳基材料有活性炭，碳气凝胶、碳纳米管、碳纤维、石墨烯及其衍生物等。石墨烯（graphene）是从石墨中剥离出来的，是由碳原子组成的具有一个原子层厚度的二维晶体，它是目前为止发现的最坚硬，导电性最好的，最薄的新型纳米材料。石墨烯超级电池的成功研发，解决了新能源汽车电池的容量不足以及充电时间长的问题，加速了新能源电池产业的发展。但是石墨烯由于比电容小记忆倍率放电性能差，限制了其进一步发展。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种石墨烯和ZnCo₂S₄复合材料，他不仅具有良好的循环稳定性还具有超高的比表面积和比电容。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种ZnCo₂S₄/氧化还原石墨烯的超级电容器复合电极材料，具有多孔结构，其孔径范围100-200nm，薄膜厚度30~50nm。

优选的，所述ZnCo₂S₄/氧化还原石墨烯的超级电容器复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将石墨烯片超声分散于乙醇中，取上层悬浮液，离心后取下层沉淀，然后在沉淀物中加入浓硫酸和浓硝酸的混合物，混合均匀后加入高锰酸钾，然后将混合体系在冰水浴中放置2~5h，然后将产物离心洗涤，得到氧化石墨烯悬浮液；

（2）将步骤（1）中的氧化石墨烯悬浮液超声分散1~2h，然后加入还原剂，通过微波辐射进行还原，得到还原氧化石墨烯；

（3）在还原氧化石墨烯悬浮液中加入氯化镍、氯化锌、尿素和氯化铵，持续搅拌15~30min，然后转入反应釜中，在100~160℃下反应4~8h，用水和乙醇清洗后真空干燥，得到ZnCo₂O₄/氧化还原石墨烯粉末；

（4）ZnCo₂O₄/氧化还原石墨烯粉末分散于50mL水中，加入硫化钠，搅拌15~30min，在120~160℃下反应4~6h，用水和乙醇清洗后真空干燥，得到ZnCo₂S₄/氧化还原石墨烯粉末。

优选的，所述浓硫酸和浓硝酸的体积比为0.5~1.2：1。

优选的，所述氧化还原石墨烯的浓度为为0.05g/L～0.5g/L。

优选的，所述混合溶液中Zn²⁺浓度为0.02~0.05mol/L，所述Co²⁺的浓度为0.04~0.1mol/L。

优选的，硫化钠的浓度为0.01~0.05mol/L。

本发明还提供一种ZnCo₂S₄/氧化还原石墨烯的超级电容器复合电极材料在超级电容器上的应用。

本发明的有益效果：本发明提供了一种蜂窝状的ZnCo₂S₄/氧化还原石墨烯，具有很大的比表面积，为电化学反应提供较多的活性位点，能有效提高其比电容。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：