[发明专利]一种NiO-石墨烯-聚吡咯超级电容器复合电极材料及其制法

说明书

本发明涉及超级电容器技术领域，且公开了一种NiO‑石墨烯‑聚吡咯超级电容器复合电极材料，包括以下配方原料及组分：纳米NiO负载氟掺杂石墨烯、掺杂剂、引发剂、吡咯。该一种NiO‑石墨烯‑聚吡咯超级电容器复合电极材料，氟掺杂在石墨烯规整结构的表面产生大量的褶皱和裂纹，从而具有超高的比表面积，具有多孔结构的纳米NiO，均匀分散在三维氟掺杂石墨烯气凝胶的表面，暴露出大量的电化学活性位点，纳米NiO负载氟掺杂石墨烯表面生成一层纳米聚吡咯薄膜，抑制了NiO体积膨胀现象，聚吡咯与NiO的界面之间诱导内部电场产生协同效应，同时导电性优异的石墨烯、聚吡咯和NiO之间形成三维导电网络，增强了电极材料的导电性能。

技术领域

本发明涉及超级电容器技术领域，具体为一种NiO-石墨烯-聚吡咯超级电容器复合电极材料及其制法。

背景技术

超级电容器是一种极具发展前景的电化学储能器件，具有功率密度高、使用寿命长、安全性良好等优点，其中电极材料作为超级电容器的关键材料，直接影响着超级电容器的电化学性能，目前的超级电容器电极材料主要有导电碳材料、过渡金属氧化物和导电聚合物等。

NiO具有很高的理论比容量，是一种广泛研究和发展潜力巨大的超级电容器电极材料，但是NiO的本征电导率不高，导致NiO电极材料的导电性能较差，不利于电子的传输和扩散，并且NiO的稳定性较差，在长时间的充放电过程中，容易发生体积膨胀而影响超级电容器的电化学性能。

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种NiO-石墨烯-聚吡咯超级电容器复合电极材料及其制法，解决了NiO电极材料导电性能较差的问题，同时解决了NiO在长充放电过程中容易发生体积膨胀的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种NiO-石墨烯-聚吡咯超级电容器复合电极材料，包括以下原料及组分：纳米NiO负载氟掺杂石墨烯、掺杂剂、引发剂、吡咯，质量比为5-10:20-30:3-4:1。

优选的，所述掺杂剂为对甲苯磺酸钠、引发剂过硫酸铵。

优选的，所述纳米NiO负载氟掺杂石墨烯制备方法如下：

(1)向反应瓶中加入质量分数为5-10％的HF溶液和氧化石墨烯，置于超声处理仪中，超声分散均匀后将溶液转移进水热反应釜，并置于鼓风干燥箱中，加热至120-180℃，反应20-30h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物、冷冻干燥并研磨，制备得到三维氟掺杂石墨烯气凝胶。

(2)向反应瓶中加入蒸馏水和乙醇混合溶剂，两者体积比为1-2:1，再加入三维氟掺杂石墨烯气凝胶，超声分散均匀后加入Ni(NO₃)₂和(NH₄)₂CO₃，置于水浴锅中，加热至50-70℃，匀速搅拌反应10-20h，将溶液离心分离除去溶剂，固体混合物至于气氛电阻炉中，通入氮气和氧气混合气体，两者体积比为1:5-12，升温速率为2-5℃/min，升温至220-300℃，保温处理2-5h，制备得到具有介孔结构的纳米NiO负载氟掺杂石墨烯。

优选的，所述三维氟掺杂石墨烯气凝胶、Ni(NO₃)₂和(NH₄)₂CO₃的质量比为2-6:10-13:10。

优选的，所述超声处理仪包括升降装置、升降装置设置有调节器、调节器水平活动连接有调节杆、调节器垂直活动连接有支撑杆，支撑杆上方固定连接有底座，底座与支撑杆之间固定连接有弹簧，底座上方设置有反应瓶、底座外侧活动连接有水浴槽，水浴槽两侧固定连接有加热圈。

优选的，所述NiO-石墨烯-聚吡咯超级电容器复合电极材料制备方法包括以下步骤：