[发明专利]多孔石墨烯材料及其制备方法、电容器电极、电容器和电动装置

说明书

本发明提供了一种多孔石墨烯材料及其制备方法、电容器电极、电容器和电动装置，涉及石墨烯技术领域。该多孔石墨烯材料的制备方法，以碳酸钾作为活化剂和模板剂，以煤焦油作为碳源，将煤焦油与碳酸钾混合后通过煅烧的方式制备出多孔石墨烯材料，该制备方法具有环保、简单、产率高、设备要求低等优点，所制备出的多孔石墨烯材料具有比表面积可控、孔隙发达、片层较薄等特点。本发明提供的多孔石墨烯材料，采用上述制备方法制得，该多孔石墨烯材料所具有的结构特点，使其可缩短离子扩散距离，有利于电荷的传输，而且还可暴露更多的吸附位点，有利于多孔石墨烯材料进一步应用。本发明还提供一种电容器电极，采用上述多孔石墨烯材料制得。

技术领域

本发明涉及石墨烯技术领域，尤其是涉及一种多孔石墨烯材料及其制备方法、电容器电极、电容器和电动装置。

背景技术

随着科学技术的发展以及人们生活节奏的加快，人们对于能源的需求越来越强烈，传统的化石能源已经无法满足人们日益增长的社会生活需求。煤、石油、天然气等传统类型的化石能源直接燃烧导致温室气体的大量排放，继而导致全球气候变暖、海平面上升等问题，因此，寻找一种清洁环保的可持续能源是亟待解决的问题。

目前清洁能源主要有锂离子电池、锂硫电池、超级电容器等，锂离子电池因为能量密度较高，一直深受大家的追捧，被广泛应用于各种新能源领域，但是存在体积膨胀、短路等问题导致安全系数低，所以应用范围被限制。锂硫电池具有更高的能量密度，吸引了很多研究者的关注，但是由于多硫化锂的穿梭效应导致循环稳定性差阻碍了其商业化应用。超级电容器作为一种新型能源储存器件因为其功率密度高、充放电速率快、循环稳定性好等特点吸引了广泛关注。

超级电容器按照电极材料的种类区分可以分为两类，一种是以金属氧化物为代表的赝电容材料，其储能机理主要依靠材料表面还有内部的氧化还原反应储存能量，由于氧化还原反应很多都是不可逆过程，循环稳定性较差。另外一种是以碳基材料为代表的双电层电容过程，主要依靠材料表面的双电层物理吸脱附实现储能，需要高比表面积、高导电率、三维网状结构材料。由于其较好的循环稳定性和充放电速率，碳基电容器材料具有较好的市场应用前景。但是，目前碳基电容器材料的性能尚不能满足使用需求。因此，开发高性能的电容器材料用于构建高性能的超级电容器具有重要的研究意义和应用潜力。

有鉴于此，特提出本发明以解决上述技术问题中的至少一个。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种多孔石墨烯材料的制备方法，通过该制备方法制得的多孔石墨烯材料具有比表面积可控、孔隙发达以及片层较薄等特点，为获得具有优异的电容特性和循环稳定性的电容器材料提供了基础。

本发明的第二目的在于提供一种多孔石墨烯材料，采用上述多孔石墨烯材料的制备方法制得。

本发明的第三目的在于提供一种电容器电极，采用上述多孔石墨烯材料制得。

本发明的第四目的在于提供一种电容器，包含上述电容器电极。

本发明的第五目的在于提供一种电动装置，包含上述电容器。

本发明提供的多孔石墨烯材料的制备方法，包括以下步骤：

(a)提供煤焦油与碳酸钾的混合物；

(b)将煤焦油与碳酸钾的混合物在保护性气氛中煅烧，得到多孔石墨烯材料。

进一步的，在本发明上述技术方案的基础之上，步骤(a)中，所述煤焦油包括以下质量分数的组分：饱和分17-19％，芳香分27-29％，胶质19-21％和沥青质18-20％。

进一步的，在本发明上述技术方案的基础之上，步骤(a)中，所述煤焦油与碳酸钾的质量比为1：(2-4)，优选为1：(3-4)。

进一步的，在本发明上述技术方案的基础之上，步骤(b)中，煅烧具有如下工艺条件中的至少一个：