[发明专利]一种多维石墨烯基超级电容器电极片的制备方法

说明书

本发明公开了一种多维石墨烯基超级电容器电极片的制备方法，该方法制备的电极片由泡沫镍作为基底，利用化学气相沉积法在还原气体的气氛下制备出三维的泡沫石墨烯，该泡沫石墨烯具有很大的比表面积，导电性好，且具有柔韧性。在该泡沫基底上涂覆活性炭层，作为极片的中间支撑层，最外层为石墨烯量子点层。石墨烯量子点具有丰富的边缘活性位点和表面官能团，对电解质具有极强的吸附性能。本发明公开的多维极片结构稳定，具有优异的电化学性能，比电容量高，能量密度较传统的超级电容器具有很大的提升。在合成方面简单易操作，在超级电容器电极材料中具有很大的应用前景。

技术领域

本发明属于新能源技术领域，涉及一种多维石墨烯基超级电容器电极片的制备方法。

背景技术

超级电容器作为最具应用前景的电化学储能技术之一。具有超强的功率密度，循环寿命可达20000次，宽的工作温度范围-40℃-70℃，长时间放置不易失效，并且绿色环保。能量密度＜10Wh/Kg。因此目前，它的研究重点是提高能量密度，发展具有高比表面积、电导率和结构稳定性的电极材料是关键。

石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状碳材料，内部碳原子以SP²杂化轨道成键，具有比表面积大、电子导电性高、力学性能好的特点而成为理想的电容材料，石墨烯作为超级电容器电极材料，理论能量密度高达120Wh/Kg，为现在超级电容器的十几倍，若能将石墨烯应用到超级电容器，其有望代替锂离子电池，成为集能量密度和功率密度，且使用寿命超级长的绿色无污染产品。

但石墨烯由于粒径很小，分子间作用力很强，在匀浆过程中容易引起团聚，导致分散性很差，涂布后的极片容易发生脆性断裂，故利用传统的极片制备技术，石墨烯在浆料中所占配比很难提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种多维石墨烯基超级电容器电极片的制备方法，该方法制备的极片包括泡沫石墨烯层-活性炭层-石墨烯量子点层，通过调整石墨烯层的厚度来增加超级电容器的能量密度，并且所制备的极片压实密度较高，极片柔韧性较好，电子电导率高。

本发明所采用的技术方案是，一种多维石墨烯基超级电容器电极片的制备方法，具体包括如下步骤：

步骤1，制备泡沫石墨烯层；

步骤2，制备活性炭层，并将制备好的活性炭层涂覆在步骤1制备的泡沫石墨烯层上；

步骤3，制备石墨烯量子点层，并将制备好的石墨烯量子点层涂覆在步骤2制备的活性炭层上。

本发明的特点还在于，

步骤1的具体过程如下：

步骤1.1，将泡沫镍置于清水中进行超声清洗；

步骤1.2，将清洗后的泡沫镍置于管式炉中，通入氢气作为还原气体，流速为160-180sccm，以5～15℃/min的速率升温至600～950℃，将CVD装置在高温下保持60min，并持续通入还原气体，通入乙炔C₂H₂作为碳原，待30min后，将管式炉冷却；

步骤1.3，将经步骤1.2处理后的泡沫镍及附在泡沫镍上的石墨烯切割成方块；将PMMA溶液滴加于方块上，在20-30℃下干燥，在温度为150-200℃下保温处理，得到覆盖有PMMA的泡沫镍石墨烯；

步骤1.4，将步骤1.3所得的泡沫镍石墨烯，使用盐酸对泡沫镍进行腐蚀，得到覆盖有PMMA的三维石墨烯，用丙酮对PMMA进行清洗，得到泡沫石墨烯。

步骤1.4中盐酸的浓度为0.5～1.5mol/L。

步骤2的具体过程如下：

步骤2.1，按照活性炭：SP：CMC：SBR＝95：2：1.5：3.5配置活性炭浆料；