[发明专利]一种具有核壳结构的石墨烯/碳纳米管复合微珠的制备方法和应用

说明书

一种具有核壳结构的石墨烯/碳纳米管复合微珠的制备方法和应用，它涉及一种石墨烯/碳纳米管复合微珠制备方法及应用。本发明的目的是要解决现有超级电容器电极材料的比容低的问题，而提供一种具有核壳结构的石墨烯/碳纳米管复合微珠的制备方法和应用。方法：一、制备酸化碳纳米管；二、制备分散相溶液；三、连接微流控装置；四、固化；五、煅烧，得到具有核壳结构的石墨烯/碳纳米管复合微珠。本发明可获得一种具有核壳结构的石墨烯/碳纳米管复合微珠。

技术领域

本发明涉及一种石墨烯/碳纳米管复合微珠制备方法及应用。

背景技术

随着便携式电子设备市场需求的激增和混合动力汽车的快速发展，对具有高能量密度和高功率密度的储能设备的需求不断增加且极为迫切。尽管锂离子电池有着优异的能量性能，但它们的功率特性仍不能满足许多应用的要求。超级电容器，也叫做电化学电容器，由于具有脉冲电源、循环寿命长(>100000次)、简单的运行机制和高动力的电荷运输等优势，吸引了越来越多的关注。与传统的电容器相比，超级电容器拥有高功率能力和相对较大的能量密度，已被应用于各种各样的能量存储设备当中，如内存备份系统、家用电子产品、工业能源和能源管理等。包括活性炭、碳纳米管和石墨烯在内的碳基材料，拥有独特的结构和优异的理化性质，一直被广泛应用于双电层超级电容器。由于活性炭具有比表面积高和低成本等优势，使其成为超级电容器最常用的电极材料，但是活性炭中存在许多不能被电解质离子有效进入的碳原子，这极大地限制了活性炭电极的比电容，低导电性也阻碍了其在高功率密度超级电容器中的使用。碳纳米管由于具有高导电性、改进的电荷传输通道和有效的电荷接触面积，被认为是高功率电极的可选材料，然而SWCNTs很容易堆积成束，因此只有最外部的碳纳米管可以对离子产生静电吸附作用，而内部碳原子被浪费，导致碳基超级电容器无法获得高比电容。另一方面，相比1D碳纳米管，2D石墨烯有着可与其相媲美的高导电性、高比表面积和杰出的机械性能，但是在制备石墨烯材料的干燥过程中，由于范德华力的作用，石墨烯片层之间易发生不可逆团聚或堆积成石墨，且石墨烯电极的制备需要胶黏剂的辅助，这些因素对其在超级电容器中的使用会产生诸多不利影响，使其无法获得较高的比电容。

发明内容

本发明的目的是要解决现有超级电容器电极材料的比容低的问题，而提供一种具有核壳结构的石墨烯/碳纳米管复合微珠的制备方法和应用，而提供一种具有核壳结构的石墨烯/碳纳米管复合微珠的制备方法和应用。

一种具有核壳结构的石墨烯/碳纳米管复合微珠的制备方法，是按以下步骤完成的：

一、制备酸化碳纳米管：

将碳纳米管浸入到混酸中，再在温度为60℃～80℃和搅拌速度为150r/min～300r/min下搅拌回流1h～5h，再以蒸馏水为清洗剂抽滤洗涤3次～5次，最后在温度为80℃～120℃下干燥，得到酸化碳纳米管；

二、制备分散相溶液：

将氧化石墨烯水溶液和酸化碳纳米管加入到去离子水中，再在搅拌速度为200r/min～400r/min下搅拌反应0.5h～12h，最后在超声功率为50W～100W下超声15min～120min，得到分散相；

步骤二中所述的分散相中固含量为1mg/mL～15mg/mL；

步骤二中所述的分散相中氧化石墨烯与酸化碳纳米管的质量比为(1～10):10；

三、连接微流控装置：

将分散相倒入微流控装置的第一注射器中，再将流动相倒入第二注射器中，使用微量注射泵将分散相和流动相分别推进到接收盒中，得到石墨烯/碳纳米管复合微珠；

步骤三中分散相与流动相的推进速度比为(0.1～1):100；

步骤三中所述的流动相为二甲基硅油；

四、固化：