一种石墨烯-活性炭复合物超级电容器电极材料的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105655154A(43)申请公布日2016.06.08(21)申请号201610013075.2H01G11/38(2013.01)(22)申请日2016.01.11(71)申请人河南师范大学地址453007河南省新乡市牧野区建设东路46号(72)发明人高志永常玖利武大鹏徐芳张玲翠蒋凯(74)专利代理机构新乡市平原专利有限责任公司41107代理人路宽(51)Int.Cl.H01G11/86(2013.01)H01G11/24(2013.01)H01G11/34(2013.01)H01G11/36(2013.01)权利要求书1页说明书3页附图3页(54)发明名称一种石墨烯-活性炭复合物超级电容器电极材料的制备方法(57)摘要本发明公开了一种石墨烯-活性炭复合物超级电容器电极材料的制备方法，主要以蛋清和氧化石墨烯作为原料，以较低的成本制备同时具有较高比容、倍率和循环寿命的超级电容器电极材料，具体技术方案要点为：将鸡蛋清磁力搅拌成泡沫状稠浆，同时将氧化石墨烯分散液加入蛋清泡沫，形成均匀复合物浆料。然后将该复合物置于管式炉中于不同温度先后进行碳化和活化处理，形成同时具备微孔、介孔和大孔的层状碳质复合物。本发明制备的碳质复合材料能提供较高的电双层和赝电容，同时具备较高的电子和离子导电性，以及优越的结构韧性，从而能全方位提高电容器的比容、倍率和循环寿命。CN105655154ACN105655154A权利要求书1/1页1.一种石墨烯-活性炭复合物超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：将10mL新鲜蛋清倒入容器中搅拌30min形成粘稠的蛋清泡沫，将0.01g氧化石墨烯加入100mL去离子水中，超声分散30min，再以12000转/min的速率离心分离，弃去不溶沉淀，上清液旋转蒸发浓缩至15mL的稠浆，将该稠浆加入到蛋清泡沫中，搅拌120min形成浅棕色混合物泡沫，再将该混合物泡沫于60℃干燥后转移至管式炉中，在惰性气氛下加热至500~800℃煅烧碳化0.5~4h，冷却后得到石墨烯-活性炭前驱体，然后将石墨烯-活性炭前驱体与氢氧化钾混合，并转移至镍坩埚中在惰性气氛下于500~800℃煅烧活化0.5~4h，冷却后用盐酸和去离子水洗涤至中性，再经过滤和干燥得到石墨烯-活性炭复合物超级电容器电极材料。2.根据权利要求1所述的石墨烯-活性炭复合物超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于：所述的石墨烯-活性炭前驱体与氢氧化钾的质量比为1:3，惰性气氛为氦气、氮气或氩气。2CN105655154A说明书1/3页一种石墨烯-活性炭复合物超级电容器电极材料的制备方法技术领域[0001]本发明属于超级电容器电极材料的制备技术领域，具体涉及一种具有电双层和赝电容双重特性的石墨烯-活性炭复合物超级电容器电极材料的制备方法。背景技术[0002]超级电容器是一种绿色、高效和长寿命的电化学储能装置，具有功率密度高、充放电快速、使用寿命长、较宽的工作温度范围以及安全无污染等优点，在智能电子产品、电动工具、混合动力汽车以及大功率脉冲设备等领域有着重要用途。[0003]活性炭具有超高的比表面积、良好的耐腐蚀性、较低的制备成本和原料丰富等特点，因此是超级电容器中使用最多的电双层电极材料。但是，活性炭导电性相对较差，其微孔结构不仅会限制其表面利用率，而且也不利于电解质离子的快速扩散渗透，造成较低的比容和倍率性能。在多孔活性炭表面引入赝电容活性的异质元素，则可通过赝电容贡献大幅提高超级电容器的比容。同时通过优化活性炭的孔道结构和孔径，改善超级电容器的倍率性能，从而适用于在大电流条件下的快速充放电。因此，对多孔碳材料的组成以及结构、表面特性进行合理设计是提升超级电容器储能性能的关键环节。[0004]石墨烯是一类新型的超薄碳材料，具有优异的导电性、机械强度和较大的比表面积，在超级电容器电极材料方面有着重要应用前景。但是石墨烯较高的表面能致使其极易团聚，因而直接用于电极材料电容较低。将石墨烯引入到活性炭当中，形成碳质复合材料，既可限制石墨烯片层团聚，同时又能改善活性炭颗粒之间的导电连接和结构韧性，从而提高电容器的倍率与循环寿命。采用合适的原料，通过合理策略制备具有高比表面积、合理孔径和孔结构的电双层、赝电容双重特性的电极材料，是全方位提高超级电容器比容、倍率和循环寿命的关键。[0005]对于石墨烯-活性炭复合材料，由于活性炭为固相而且形貌不规则，因此直接通过石墨烯和活性炭进行复合制备难以有效调控复合材料的形貌和孔结构，选取液相前驱体进行制备则能有效调控复合物的形貌，并使石墨烯与活性炭之间充分接触，建立高效电子、电解质传递通道和结构韧性，全方位提高超级电容器的比容、倍率与循环寿命。发明内容[00