[发明专利]一种银/石墨烯薄膜超级电容器电极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于超级电容器材料的制备领域，特别涉及一种银/石墨烯薄膜超级电容器电极材料的制备方法。

背景技术

石墨烯是可由氧化石墨还原而得的一种新型材料。自从2004年曼彻斯特大学Novoselov和Geim的研究小组发现石墨烯以来，石墨烯迅速成为物理学、化学和材料学的热门话题，掀起了研究人员对其性质和应用的研究热潮。最近美国哥伦比亚大学的研究人员发现，石墨烯是目前世界上已知材料中强度最大，厚度最薄的材料。就导电性而言，石墨烯是零带隙半导体，其稳定的晶格结构使碳原子具有优异的导电性，其中电子的运动速度达到了光速的1/300，远超过了电子在一般导体中的运动速度，是目前已知的导电性能最出色的材料。同时，石墨烯具有很大的理论比表面积和独特的载荷子特性，这为其成为优良的超级电容器电极材料提供了理论基础。M.D.Stoller等人在Nano Letter 8(2008)3498-3452上报道了化学修饰石墨烯超级电容器材料，这种方法制备的材料在水性电解液中达到了135F/g的比电容。S.Chen等人在ACS Nano 4(2010)2822-2830上报道了用于超级电容器的氧化石墨烯/二氧化锰纳米复合材料，这种材料在200mA/g的电流密度下达到了197.2F/g的比电容。

然而，现在制备石墨烯通常所用的氧化石墨还原法，石墨烯表面残留有含氧官能团，致使一些物理、化学性能损失，尤其是导电性能，这对于石墨烯在超级电容器方面的应用有很大的影响。

目前尚未见到银/石墨烯薄膜超级电容器电极材料制备的报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种银/石墨烯薄膜超级电容器电极材料的制备方法，该方法工艺简单，易于工业化生产，所制备的银/石墨烯薄膜超级电容器电极材料比电容高，导电性能好，成膜过程简单，无需导电剂、粘结剂，具有较高柔性，有望应用于电动汽车、通信、柔性电子产品和信号控制等领域。

本发明的一种银/石墨烯薄膜超级电容器电极材料的制备方法，包括：

(1)在室温下，将氧化石墨分散到超纯水中，得到氧化石墨的悬浮液，超声1～2h后加入硝酸银，搅拌混合，随后加入硼氢化钠，持续搅拌后得到部分还原的银/氧化石墨分散液；其中硼氢化钠与氧化石墨的质量比为2∶1～1∶1。

(2)在上述部分还原的银/氧化石墨分散液中加入硼氢化钠，氮气气氛下，升温至70～85℃，保温1～3h，离心洗涤得到银/石墨烯分散液；将上述的银/石墨烯分散液抽滤形成膜状产物，超纯水洗涤即得到银/石墨烯薄膜超级电容器电极材料。

步骤(1)中所述的氧化石墨的悬浮液中氧化石墨浓度为0.25～0.5mg/mL。

步骤(1)中所述的硝酸银与氧化石墨的质量比为1∶1～5∶1。

步骤(1)中所述搅拌混合的时间为20～60min。

步骤(1)中所述持续搅拌的时间为1～3h。

步骤(2)中所加入的硼氢化钠与氧化石墨的质量比为100∶1～50∶1。

步骤(2)中所述的离心洗涤过程具体为：超纯水离心洗涤5～10次，离心机转速为6500～9000r/min，离心时间为5～15min。

步骤(2)中所述的超纯水洗涤的次数为5～10次。

本发明在石墨烯表面修饰一定量的银颗粒，一方面银颗粒形成过程可修复石墨烯表面的含氧官能团，另一方面银颗粒本身良好的导电性能可增强石墨烯导电能力，从而促进双电层电容形成过程中的电荷传输。因此复合银颗粒的石墨烯材料具有更优越的超级电容性能。

采用本发明制备的银/石墨烯薄膜超级电容器电极材料，制备过程简单，化学稳定性好，比电容高，与纯石墨烯薄膜材料相比容量明显提升，具有柔性结构，在电动汽车、通信、柔性电子产品和信号控制等领域有广阔的应用前景。

有益效果

1、该方法制备工艺简单，成膜过程无需导电剂、粘结剂，适合于工业化生产；

2、该方法制备的银/石墨烯薄膜超级电容器电极材料比电容高，导电性能好，且具有较高的柔性，有望应用于电动汽车、通信、柔性电子产品和信号控制等领域。

附图说明

图1为实施例1制备的银/石墨烯与纯石墨烯的X射线衍射图谱对比，插图为银/石墨烯薄膜的数码照片；

图2为实施例1制备的银/石墨烯与石墨烯薄膜电极的阻抗对比图谱；

图3为实施例1制备的银/石墨烯与石墨烯薄膜电极在1M硫酸钠电解液中20mV/s扫速下的特征循环伏安曲线图；