[发明专利]一种用于柔性超级电容器电极的垂直石墨烯表面改性方法

说明书

本发明公开了一种用于柔性超级电容器电极的垂直石墨烯表面改性方法，包括以下步骤：以碳材料作为基底，通过等离子体增强化学气相沉积法在基底上生长垂直石墨烯；将垂直石墨烯放入浓酸混合溶液中；然后通过电化学氧化法将垂直石墨烯氧化；接着将氧化后的垂直石墨烯清洗至中性，干燥处理后得到改性垂直石墨烯。本发明得到的改性垂直石墨烯面积比电容较高，可以到达1300mF/cm²，与未改性的垂直石墨烯相比高出3个数量级，并且当电流密度从1mA/cm²增至20mA/cm²时，电容保持率在70％以上，具有优异的倍率性能。当将改性的垂直石墨烯组装成对称水系超级电容器时，电势窗口可以扩展到2V；本发明提供的改性方法工艺简单，成本低，性能高，易于产业化推广。

技术领域

本发明涉及电极材料制备领域，并且适用于能源催化方面应用，尤其涉及一种用于柔性超级电容器电极的垂直石墨烯表面改性方法。

背景技术

柔性超级电容器是最有潜力的一类能量储存设备之一，这主要归因于它展现出高的功率密度、优秀的稳定性以及质量轻易处理的特点。然而许多碳材料像石墨烯、碳纳米管、活性炭都已经广泛的被制备成电极材料用作超级电容器。然而这些电极材料制备的柔性超级电容器基本上都表现出很差的比率性能。这主要归因于离子在电解液中的扩散比率、电极材料的内部电阻以及电化学活性材料与导电衬底之间具有较大的界面电阻。因此它们的比电容都表现出较低的比电容，如石墨烯(100-210F/g)、单壁碳纳米管(100-200F/g)、碳纤维(1-2F/g)和垂直石墨烯(100μF/g)等，从而很少直接使用碳材料作为电极材料。垂直石墨烯具有垂直取向，因此表现出较大的比表面积，有利于电解液的充分接触，但由于其超疏水的特性，使其在水系电解液中表现出较低的比电容，限制了其在水系超级电容器的应用。因此，必须采取合适的方法对垂直石墨烯进行表面改性，以提高其表面活性以及表面亲水性，从而使得垂直石墨烯可以直接用作柔性电极材料并且表现出可观的电化学性能。

目前使用较多表面处理的方法有KOH处理、硫酸处理、硝酸处理、硝酸与硫酸混合酸处理、等离子体处理和高温煅烧处理等，这些方法往往存在处理比较繁琐，成本高，耗时长，氧化效果不好，使得材料的综合性能降低。因此，亟需研究开发一种性能优异的用于柔性超级电容器电极的垂直石墨烯表面改性方法。

发明内容

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种用于柔性超级电容器电极的垂直石墨烯表面改性方法。

本发明的技术解决方案如下：

本发明提供了

一种用于柔性超级电容器电极的垂直石墨烯表面改性方法，包括以下步骤：

S1：以碳材料作为基底，通过等离子体增强化学气相沉积法在基底上生长垂直石墨烯；

S2：将垂直石墨烯放入浓酸混合溶液中；

S3：然后通过电化学氧化法将垂直石墨烯氧化；

S4：最后将氧化后的垂直石墨烯清洗至中性，并进行干燥处理，得到改性垂直石墨烯。

作为本发明的优选方案，步骤S1中，所述的碳材料包括碳布、碳纸、碳纤维、碳纳米管、碳管中的至少一种。

作为本发明的优选方案，步骤S1中，所述的等离子体增强化学气相沉积法中等离子体产生的设备包括微波等离子体或射频等离子体发射设备。

作为本发明的优选方案，步骤S2中，所述的浓酸混合溶液包括浓硝酸和浓硫酸，其体积比例为1：0～10。

作为本发明的优选方案，步骤S3中，所述的电化学氧化法是采用恒电压的方法，其电压范围为0.1～20V。

作为本发明的优选方案，步骤S3中，所述的恒电压法所氧化的时间为0～120min。