[发明专利]一种复合电极及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种复合电极，属于纳米材料技术领域。本发明所述复合电极具有分层的纳米针阵列结构，以泡沫镍为基底，以多壁碳纳米管‑石墨烯纳米带为内层，所述多壁碳纳米管‑石墨烯纳米带负载在所述泡沫镍的表面，以Co₃O₄形成的纳米针阵列为外层。本发明提供的复合电极外壁展开为MWCNTs‑GONRs，使得一维的CNTs穿插缠绕在二维GONRs片层间，有效地避免了GONRs的团聚并形成一种独特的3D结构，能够有效地增大比表面积并提高电子传输速率。

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，尤其涉及一种复合电极及其制备方法和应用。

背景技术

随着社会的发展，小型化的电子产品日益更新，其所使用的储能装置也随之成为了迫在眉睫的问题。超级电容器因其出色的循环稳定性，快速充放电性能，高比电容和能量密度而被认为是具有潜力的储能装置。而随着超级电容器的深入研究，已经证实了电极材料对超级电容器的性能起到至关重要的影响。

为了获得电化学更佳的电极的材料，人们广泛尝试使用例如MnO₂，NiO，Co₃O₄，Co(OH)₂，Ni(OH)₂等过渡金属氧化物作为电极材料，因此Co元素也随之在电化学领域大放光彩。但目前很多Co₃O₄电极材料仍难以达到理论比电容，这可能是因为在充放电期间Co₃O₄发生了体积膨胀/收缩现象，破坏了之前的形貌和结构，从而极大的影响了电极的比电容。除此之外，在纳米尺度下，Co₃O₄也不可避免的发生团聚现象，从而难以达到理论比电容的峰值。为解决这个问题，研究者们通过使用石墨烯对其进行复合优化，已经取得长足进步，不仅获得了更高的比电容，而且倍率性能及循环稳定性都有了一定的提升。

但石墨烯在制备与复合过程中仍然存在一定的缺陷，由于石墨烯普遍使用石墨粉为碳源所制备，所得石墨烯一般呈现出薄片状，在范德华力的相互作用下发生严重的团聚和再堆叠现象，导致比表面积和电导率大幅下降。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种复合电极及其制备方法和应用。本发明提供的复合电极外壁展开为多壁碳纳米管-石墨烯纳米带(MWCNTs-GONRs)，使得一维的CNTs穿插缠绕在二维GONRs片层间，有效地避免了GONRs的团聚并形成一种独特的3D结构，能够有效增大比表面积并提高电子传输速率。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种复合电极，所述复合电极具有分层的纳米针阵列结构，以泡沫镍为基底，以多壁碳纳米管-石墨烯纳米带为内层，所述多壁碳纳米管-石墨烯纳米带负载在所述泡沫镍的表面，以Co₃O₄形成的纳米针阵列为外层。

优选地，所述多壁碳纳米管-石墨烯纳米带的负载量为0.5～1.3mg/cm²，Co₃O₄的负载量为1.1～3.8mg/cm²，多壁碳纳米管-石墨烯纳米带和Co₃O₄的负载量之和为1.2～4.6mg/cm²。

优选地，所述多壁碳纳米管-石墨烯纳米带的直径为40～60nm，长度为350～1500nm。

本发明还提供了上述技术方案所述的复合电极的制备方法，包括以下步骤：

将多壁碳纳米管-石墨烯纳米带与水超声混合后调节pH值，得到悬浮液；

将所述悬浮液与泡沫镍进行水热处理，得到MWCNTs-GONRs/NF基底；