[发明专利]一种多孔石墨烯/聚苯胺复合薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种多孔石墨烯/聚苯胺复合薄膜及其制备方法和应用，包括以下步骤：在搅拌下，将过氧化氢溶液逐滴加入到氧化石墨烯分散液中，将混合溶液放入水热釜中，水热反应后，冷却至室温，经过去离子水洗涤，得到多孔石墨烯水凝胶；步骤2，将多孔石墨烯水凝胶转移至含有苯胺单体的氯化氢溶液中，浸泡，转移至含有抗坏血酸的氯化氢溶液中，在低温下反应，经过去离子水洗涤，便得到多孔石墨烯/聚苯胺水凝胶；步骤3，将多孔石墨烯/聚苯胺水凝胶切割成薄片，将薄片在30‑80Mpa的压强下压缩10‑20min，得到多孔石墨烯/聚苯胺复合薄膜。与现有技术相比，本发明在较高的密度下拥有卓越的电化学性能。

技术领域

本发明涉及储能材料技术领域，尤其是涉及一种多孔石墨烯/聚苯胺复合薄膜的制备方法以及其在超级电容器电极材料方面的应用。

背景技术

为了满足日益增涨的社会生产对能源的需要，多种能源(如风能、水能、太阳能等)得到了大规模的生产，这使可以将能量进行储存并可以随时释放供人类使用的储能器件受到了科研工作者们的广泛探究。超级电容器，因具有较高的功率密度、较长的循坏寿命以及充放电迅速的特点，被认为是最具潜力的能量储存设备之一。

然而，小型可穿戴设备等电子设备的发展对超级电容器的体积占比提出了越来越高的要求。作为超级电容器最为主要的部分，超级电容器用电极材料在能够释放优异的电化学性能的同时，应尽量展现较小的体积或较高的空间利用率。因此，需要研究或设计出拥有较高的密度并且依旧具备出色的电化学性能的电极结构来解决上述问题。石墨烯具有较大的理论电容、高电子迁移率、高比表面积和优异的机械稳定性，可以轻松的制备成有较高自身密度的三维自支撑材料。然而，石墨烯在致密的结构中容易产生重新堆积的问题，造成电解质离子无法快速通过石墨烯片层进行传输，阻碍了其电化学性能的展现。并且，其自身的双电层储能机制也限制着电极材料的电容性能。

现有三维多孔石墨烯/聚苯胺复合材料多采用软硬模板法来构建石墨烯的三维多孔结构，这些方法无疑是目前发挥石墨烯优异性能非常有效的手段，但由于软硬模板的去除很大程度上增大了工作量，同时还存在去除不完全的问题，从而严重影响到复合材料的纯度。此外，有些方法难以有效缓解石墨烯的团聚问题。

目前，在制备石墨烯电极材料多采用模板法和成孔法，试图构建三维石墨烯结构，减少其片层的堆叠。但仍存在堆叠不可控，离子渗透能力不强，电化学性能提高不明显且制备工艺复杂，模板和成孔物残留对电极的导电性也有所影响。

专利申请CN201910349256.6公开了一种多孔石墨烯/聚苯胺膜及其制备方法与应用。该方法通过结合使用刻蚀剂过氧化氢和还原剂氢碘酸，对氧化石墨烯进行面内碳空位缺陷改性和还原处理，使其具有优异的离子传输和电荷转移能力，在此基础上通过循环伏安法电聚合苯胺单体，快速制备多孔石墨烯/聚苯胺复合电极材料。所得多孔石墨烯/聚苯胺膜在使用三电极测试其在0.5A/g的电流密度下的比质量电容最高达500F/g，在10A/g的电流密度下循环1000次，其电容保持率为92％。本发明所采用的电聚合法快速聚合制备聚苯胺复合材料，聚合度可控，复合模厚度可调，且具有三明治夹层结构，提高了复合电极的电化学性能。该专利技术运用还原剂氢碘酸对石墨烯进行还原，这会增加材料的生产时间和成本，并且，该专利首先将石墨烯的混合分散液抽滤成薄膜，随后再进行苯胺的电化学聚合，这种方式难以使苯胺单体在薄膜内部聚合生长，这导致聚苯胺和石墨烯的结合程度较小，结构不稳定。另外，电化学聚合的方式需要导电支持和复杂的安装过程，不适合大规模地制备电极材料。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种在较高的密度下拥有卓越的电化学性能的多孔石墨烯/聚苯胺复合薄膜及其制备方法和应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种多孔石墨烯/聚苯胺复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，在搅拌下，将过氧化氢溶液逐滴加入到氧化石墨烯分散液中，经过持续一段时间的搅拌后，将混合溶液放入水热釜中，经过一段时间的水热反应后，冷却至室温，经过去离子水洗涤，得到多孔石墨烯水凝胶；