[发明专利]电纺碳纳米纤维/还原氧化石墨烯/聚苯胺/碱式碳酸镍复合电极材料的制备方法

说明书

本发明属于能源材料技术领域，涉及一种电纺碳纳米纤维/还原氧化石墨烯/聚苯胺/碱式碳酸镍复合电极材料的制备方法及其应用：步骤为：首先通过静电纺丝的方法制备了聚丙烯腈电纺膜，经过预氧化、氧化石墨烯溶液浸泡、碳化等步骤，制备了电纺碳纳米纤维/还原氧化石墨烯；然后通过原位聚合的方法在之前的基础上成功包覆聚苯胺；最后通过水热反应调控水热时间和浓度，得到电纺碳纳米纤维/还原氧化石墨烯/聚苯胺/碱式碳酸镍复合电极材料；本发明制备的复合电极材料未有文献报道，方法简便，容易操作；所得材料具有稳定的形貌、高的比表面积和导电性、更多的活性位点、电化学储能性能优异以及良好的机械稳定性和电化学循环稳定性。

技术领域

本发明属于能源材料技术领域，具体涉及一种电纺碳纳米纤维/还原氧化石墨烯/聚苯胺/碱式碳酸镍复合电极材料的制备方法。

背景技术

近年来，随着化石能源的不断减少和环境污染的加剧，寻找高效、绿色的储能设备迫在眉睫。超级电容器又称电化学电容器，因其比电池和常规电容器具有更高的功率密度、能量密度、高速率特性和长寿命等特点而受到世界各国的广泛关注，被认为是最有前途的储能系统之一。根据能量存储机制，超级电容器分为两类，包括双电层电容器(EDLC)和赝电容器。EDLC来自电极和电解质之间界面上的累积电荷。赝电容器在充电/放电过程中发生快速且可逆的法拉第反应，由于可逆的氧化还原法拉第反应，赝电容可以获得比电容和能量密度远远高于传统的EDLCs。

碱式碳酸盐[M₂(OH)₂CO₃,M＝Ni，Co,Cu,Fe等]已被广泛的研究作为储能活性电极材料由于它们高理论容量；它们独特的晶体结构允许电解质离子自由地插层并扩散到物质的内部区域。然而，纯碱式碳酸盐通常具有较低的电导率、易团聚等问题，不利于超级电容器的应用。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明旨在解决所述问题之一；提供一种制备简单，绿色环保的电纺碳纳米纤维/还原氧化石墨烯/聚苯胺/碱式碳酸镍复合电极材料的制备方法，通过静电纺丝的方法首先制备了聚丙烯腈电纺膜，经过预氧化、氧化石墨烯溶液浸泡、碳化等步骤，制备了电纺碳纳米纤维/还原氧化石墨烯，接下来通过原位聚合的方法在之前的基础上成功包覆聚苯胺，最后通过调控水热反应的时间和浓度，得到电纺碳纳米纤维/还原氧化石墨烯/聚苯胺/碱式碳酸镍复合电极材料。

为了实现以上目的，本发明的具体步骤如下：

步骤1、电纺碳纳米纤维/还原氧化石墨烯电极材料的制备：

首先，将聚丙烯腈粉末加入N,N-二甲基甲酰胺溶液中，在油浴中加热一定时间后，在常温条件下搅拌，搅拌均匀得到澄清透明的纺丝液；将该纺丝液进行静电纺丝，得到静电纺丝膜；将所得静电纺丝膜于管式炉中，在空气气氛下进行预氧化，将预氧化后的膜放入氧化石墨烯溶液中浸泡，浸泡后将膜取出用乙醇冲洗，干燥后得到包覆氧化石墨烯片层的静电纺丝膜，再次置于管式炉中，在氮气气氛下进行碳化，得到电纺碳纳米纤维/还原氧化石墨烯电极材料，记为GCNF电极材料；

步骤2、电纺碳纳米纤维/还原氧化石墨烯/聚苯胺电极材料的制备：

将过硫酸铵和苯胺分别溶解于硫酸溶液中，得到溶有过硫酸铵的硫酸溶液和溶有苯胺的硫酸溶液；然后将上述两种溶液在一定温度下静置一段时间，然后将两种溶液混匀，得到混合溶液；将步骤1所得的GCNF电极材料放入混合溶液中进行反应，反应结束后得到膜材料，经洗涤、烘干后得到电纺碳纳米纤维/还原氧化石墨烯/聚苯胺电极材料，记为GCNF/PANI电极材料；

步骤3、电纺碳纳米纤维/还原氧化石墨烯/聚苯胺/碱式碳酸镍电极材料的制备：

称取柠檬酸钠、乌洛托品、六水合硝酸镍加入去离子水中，超声溶解得到的混合液放于反应釜中，再加入步骤(2)制备的GCNF/PANI电极材料，然后放于烘箱中进行反应，结束后将膜取出用蒸馏水洗涤并烘干后得到电纺碳纳米纤维/还原氧化石墨烯/聚苯胺/碱式碳酸镍电极材料，记为GCNF/PANI/NCO电极材料。