[发明专利]一种纸张型超级电容器电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及超级电容器电极，尤其是涉及一种纸张型过渡金属化合物/石墨烯复合超级电容器电极的制备方法。

背景技术

当今社会经济飞速地发展，化石能源在不断地消耗，风能、太阳能等可再生能源的发展备受关注。但因为可再生能源的波动性，需要一种储能器件来对其进行充分利用。超级电容器具有充放电速度快、安全性能好、循环寿命长等特点，从而成为近年来能量储存器件研究方面的一个热点(GuopingW,LeiZ,JiujunZ.Areviewofelectrodematerialsforelectrochemicalsupercapacitors[J].Royalsocietyofchemistry,2012,41,797-828；李海东.超级电容器模块化技术的研究[D].北京:中国科学院,2006.)。相比传统的超级电容器，纸张型柔性超级电容器具有制备工艺简单、柔性、轻便等特点具有更为广阔的应用前景。

超级电容器所使用的电极材料可以分为以下几种：碳材料、金属氧化物或氢氧化物或化合物、导电聚合物或它们任意组合在一起生成的复合型材料等。单一电极材料在性能方面有局限，比如金属氧化物具有较高的理论比容量，但其导电性能、循环性能差。若将其与比表面积大、导电性能优异的碳材料结合，就可以利用碳材料的导电性快速将电极材料上产生的电子传输到外电路，极大程度地提高了电极材料的电容量。石墨烯材料是由碳原子按照六边形结构精密排列组合而成的一种二维平面材料。它具有超高的电子迁移率、较大的比表面积、优异的机械性能，可以通过化学改性等方法与多种金属氧化物复合，从而提高复合材料的电容量(XiaoguangL,ZhikuiW,YuanfengQ.3Dgraphene/ZnOnanorodscompositenetworksassupercapacitorelectrodes[J].JournalofAlloysandcompounds,2014,620:31-37；YijuL,GuilingW,KeYe.Facilepreparationofthree-dimensionalmultilayerporousMnO2/reducedgrapheneoxidecompositeanditssupercapacitiveperformance[J].JournalofPowerSource,2014,271:582-588.)。

发明内容

本发明目的在于提供一种无支撑、纸张状、柔性的一种纸张型超级电容器电极的制备方法。

本发明包括以下步骤：

1)配制水溶性过渡金属盐溶液，再与高度分散的氧化石墨烯溶液混合，超声反应后得过渡金属盐/氧化石墨烯混合溶液；

2)将步骤1)得到的过渡金属盐/氧化石墨烯混合溶液离心，清洗，将沉淀物重新超声分散在水中，抽滤、干燥，并从滤膜上直接揭下，得到过渡金属盐/氧化石墨烯滤膜；于密闭的高压水热反应釜体系中添加水性溶液氨水，将过渡金属盐/氧化石墨烯滤膜置于水溶液上方，通过溶剂热还原法，即得纸张型超级电容器电极。

在步骤1)中，所述水溶性过渡金属盐可选自氯化物、醋酸盐、硫酸盐、硝酸盐等中的一种；所述过渡金属盐溶液与氧化石墨烯溶液的摩尔比可为(0.03～0.2)∶1；所述超声反应的时间可为30min；所述过渡金属可选自Fe、Co、Ni、Mn等中的一种。

在步骤2)中，所述超声分散的时间可为45～120min；所述过渡金属盐/氧化石墨烯滤膜的厚度可为20～30μm；通过还原方法还原得到的过渡金属化合物其典型种类包括：过渡金属氧化物、过渡金属碳酸盐、过渡金属氢氧化物、含氢氧基团的过渡金属氧化物。

以下给出应用本发明制备超级电容器的方法：

直接采用本发明制备的纸张型超级电容器电极作为柔性超级电容器的一个电极，采用石墨烯柔性电极作为另外一个电极，采用硫酸钠盐溶液作为电解液，即可制备出环境友好的柔性超级电容器。