[发明专利]一种石墨烯/超微活性炭颗粒复合电极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨/烯超微活性炭颗粒复合电极材料及其制备方法。该复合材料是由石墨烯和活性炭颗粒组成，该复合材料时通过液相激光辐照法一步原位合成。具体工艺步骤如下：首先，通过水热法制得碳微球，随后利用氢氧化钾将碳球进行活化；然后将碳微球与氧化石墨烯按照不同比例分散在不同溶剂中并利用脉冲激光在不同的脉冲激光条件下进行辐照，进而制得石墨烯/超微活性炭颗粒复合材料。本发明的石墨烯/超微活性炭复合材料,用作超级电容器电极材料时，表现出高的比容量倍率性能。本制备方法具有新颖、操作简单、制备成本低、产物纯度高等优点。

技术领域

本发明涉及一种复合电极材料的制备方法，尤其涉及一种石墨烯/超微活性炭颗粒复合电极材料的制备方法；属于能源材料领域。

背景技术

近年来，碳基材料（碳纳米颗粒、碳纳米管、石墨烯等）以其独特的优势，在超级电容器电极材料领域引起科研工作者的广泛关注，尤其是活性炭材料。活性炭材料的比表面积、孔结构、颗粒尺寸和导电性等都对超级电容器的性能有影响，其中有关活性炭的颗粒尺寸和导电性的有效调控仍然是目前研究的难点。

石墨烯由于具有良好的导电性被广泛用作导电基底来提升活性炭的导电性。例如，Liu等人(J. Power Sources 2014, 258, 290-296)通过水热碳化法制备了石墨烯/活性炭的复合电极材料，在1 mV/s的扫描速率下，其最大比电容可达到210 F/g。虽然有效提高了活性炭的导电性，但是该方法制备过程较为繁琐，且活性炭的尺寸也不易控制。Zhao等人（Electrochim. Acta 2016, 189, 22-31.）采用静电纺丝法合成石墨烯/活性炭复合材料，提高了活性炭材料的导电性，加速了电极传输过程中电子的转移，从而提高了该活性炭材料的比容量。但是，材料制备工艺繁琐，制备条件苛刻，且活性炭的尺寸同样不可以调控，因此使得该复合材料的应用受到了限制。

基于以上研究，尽管通过石墨烯可以有效提高活性炭的导电性，然而，如何调控减小石墨烯/活性炭复合材料中活性炭的尺寸，鲜有报道。因此本领域技术人员致力于开发一种石墨烯/超微活性炭颗粒复合电极材料及其制备方法，该方法将具有重要的科学研究意义和应用价值。

发明内容

本发明目的在于解决上述现存制备技术的不足，提供一种简单、新颖的石墨烯/超微活性炭复合电极材料的制备方法。该方法制备的复合电极材料用作超级电容器电极材料时，极大的提高该电极的比容量，解决了传统方法难以实现高纯制备和高比电容的难题。

为实现上述目的，本发明提供了一种石墨烯/超微活性炭复合电极材料的液相激光辐照制备方法。本发明的技术解决方案是：将不同比例的碳材料与氢氧化钾充分研磨混合，随后煅烧、洗涤，然后将所得活性炭与氧化石墨烯按不同比例混合，在不同的脉冲激光条件下进行辐照，最终制得石墨烯/超微活性炭颗粒复合电极材料。

本发明是通过以下技术方案来实现的

本发明公开了一种石墨烯/超微活性炭颗粒复合电极材料的制备方法，其特征在于采用以下步骤:

（1）将葡萄糖溶解于水中，通过水热法制得碳微球；

（2）将碳微球和氢氧化钾按不同重量比进行充分的研磨混合，随后进行煅烧；然后进行洗涤、离心和干燥，得活性炭材料；

（3）将干燥后所得活性炭材料和氧化石墨烯溶解在溶剂中，超声进行充分混合；所述活性炭材料与氧化石墨烯的重量比为：90%～99.9%：0.1%～10%；

（4）将上述所得混合溶液作为液相靶，在脉冲激光条件下进行辐照，激光辐照的工作条件为：波长248 nm～1064 nm，频率1～30 Hz,能量密度为0.1～10 J pulse-1cm-2，辐照时间为10～1000 min；

（5）将所得溶液洗涤、离心和干燥，获得石墨烯/超微活性炭颗粒复合电极材料。