[发明专利]一种超级电容器用三维氧化镍/石墨烯复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可应用于超级电容器领域的三维氧化镍/石墨烯复合材料的制备方法，属于功能材料制备和电化学技术领域。

背景技术

超级电容器又叫做电化学电容器、电化学双层电容器，是一种介于电池和传统电容器之间，并具有电池和传统电容器双重特点的一种新型的储能器件。超级电容器具有功率密度高、充电时间短、循环寿命长、绿色环保等优点，在比容量和能量密度方面都优于普通的电容器和传统电池。现阶段对于超级电容器的研究，主要集中于开发新型的电极材料，例如：研究新型的碳材料、提高金属氧化物材料的性能、制备高性能的导电聚合物材料以及复合材料等。在碳电极材料中，石墨烯材料由于其新颖性以及在比表面积和电子迁移率等多方面的突出优点而备受人们关注。

石墨烯是由碳原子以 sp2 杂化组成的单层原子厚度的二维材料，厚度只有 0.335 nm，具有长程π键共轭结构。另外，石墨烯是一种零带隙的二维半导体，其价带与导带有一定的重叠，通常条件下，载流子能够有序的移动。石墨烯能够表现出双极电场效应，电荷载流子可以在电子和空穴之间连续调节，而且， 载流子在室温下仍然能够达到很高的流动性，使得石墨烯具有优异的电子性质。石墨烯材料的理论电容值高达550 F g⁻¹，理论比表面积高达（2600m ² /g）。然而实际所制备的石墨烯比表面积一般都和理论值有较大差距，主要原因是石墨烯片层与片层之间容易相互团聚，导致石墨烯的比表 面积大幅下降，而其制备方法却是限制石墨烯比电容性和比表面积的重要因素，目前石墨烯材料的比电容同金属氧化物比较仍然偏低，因此需要通过改性来增强其电化学性能，增加其比电容量。目前主流的有两种改性方法：一种是对石墨烯表面官能团进行修饰，增加法拉第赝电容；第二种是将石墨烯和金属氧化物或者导电聚合物复合，利用石墨烯较大比表面积的特点以及金属氧化物或导电聚合物具有法拉第赝电容优点，来提高石墨烯的性能。

NiO 是一种具有良好氧化还原性能以及较大理论比电容的电极材料，具有资源丰富、价格便宜、电化学性能良好等优点，因此是一种很好的改性石墨烯电化学性能的材料。但是，NiO 作为超级电容器电极材料存在导电性差和纳米颗粒容易团聚两个致命的缺点。因此 NiO 在实际应用过程中显示出的比电容远低于其理论值。

传统的氧化镍做为改性材料对石墨烯材料进行改性，制备得到的镍/石墨烯复合材料的实际储能容量要比理论储能容量要低较多。比电容大小随着充放电流的增大显著降低，并且反应需要温度高、时间长，制备出的材料易于团聚等诸多缺点，另外，目前制备的不同结构的氧化镍材料在用于超级电容器的电极制备时，通常采用是将粉 末状材料与 PTFE 乳液混合后涂覆在基底表面的方法，这种方法操作繁琐，制成的膜均匀性不好。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种可应用于超级电容器领域的三维氧化镍/石墨烯复合材料的制备方法，该复合材料比电容量和比表面积有所提高，改善了氧化镍和石墨烯单独作为电极材料的缺陷。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案，步骤如下：

一、用水热法制备泡沫镍载氢氧化镍纳米片；

二、高温煅烧生长有氢氧化镍的泡沫镍得到泡沫镍载氧化镍纳米片；

三、用化学气相沉积法在泡沫镍载氧化镍纳米片上生长出石墨烯，得到三维氧化镍/石墨烯复合材料。

步骤一具体按如下步骤进行：

1、按1:2~1:4的摩尔比称取硝酸镍和尿素，用去离子水溶解并混合均匀，将该混合溶液转移到可密封的高压反应釜中，按照反应液的体积和反应釜的容积0.3：1~0.6:1的比例加入去离子水。

2、步骤1-2：将泡沫镍修剪成其长为 5 cm~8 cm,宽为 2 cm~3 cm的长方片 ，先用丙酮浸泡，超声清洗20~30min，然后再用乙醇浸泡，超声清洗20~30min，去除表面的有机物，之后用去离子水冲洗 ，再放入浓度为0.1mol／L~0.3mol／L的稀盐酸中浸泡 10~20 min ，以去除表面氧化物，此后用去离子水超声清洗20~30 min，最后，放入干燥箱中60 ℃~80 ℃恒温干燥2 h~4h备用；

3、将清洗烘干的泡沫镍放入装有混合液的反应釜内，密封后再将其置于均相反应器中，设置反应温度为170 ℃~210 ℃ ，反应2 h~3h 后取出，待反应釜冷却至室温，取出生长有氢氧化镍的泡沫镍，放入干燥箱中，在低温60 ℃~80 ℃ 条件下干燥生长有氢氧化镍的泡沫镍2 h~4h。