[发明专利]一种石墨烯掺杂的二氧化钌基多孔电极及其制备方法

说明书

本发明属于一种电极材料技术领域，具体涉及一种石墨烯掺杂的RuO₂基多孔电极及其制备方法。本发明将三氯化钌与石墨烯进行负载，然后再将其与非贵金属氧化物复合，制得一种复合型电极材料。本发明通过结合石墨烯的高导电性和高的比表面、贵金属氧化物RuO₂的高导电性和活性以及非贵金属氧化物材料独特的外层电子结构，制备一种新型高比电容的多孔金属氧化物/石墨烯复合电极。

技术领域

本发明属于一种电极材料技术领域，具体涉及一种石墨烯掺杂的RuO₂基多孔电极及其制备方法。

背景技术

RuO₂是活性最好的贵金属氧化物，以RuO₂为活性物质添加非贵金属氧化物如TiO₂、SnO₂、Co₃O₄、Ni₂O₅中的一种或几种成为典型的析氯电极，当混合氧化物处于微晶状态时又具有很好的比电容特性。因此添加非贵金属氧化物提高其电化学性能并降低成本是研究重点。然而，添加非贵金属氧化物虽然可以有效提高以RuO₂为基的氧化物材料的电容性能，但是导电性较差，而且在充放电过程中体积膨胀严重，造成电极粉化和崩塌。石墨烯的电荷载体是狄拉克费米子（Dirac fermion），无数次实验证明，当粒子穿透石墨烯的时候，能发生隧道效应。和别的高比表面积碳材料相比，石墨烯的比表面积不会随着孔隙率的变化而改变，它的比表面积与自身的层数和堆积方式有关，大部分的石墨烯会紧密靠拢在一起，构成一种多孔的三维结构，其中大量的孔隙结构可以加快在石墨烯与电解液界面上的离子扩散速度，这就使得石墨烯具备充当理想的超级电容器材料的条件。本发明意在结合石墨烯的高导电性和高的比表面、贵金属氧化物RuO₂的高导电性和活性以及非贵金属氧化物材料独特的外层电子结构，制备一种新型高比电容的多孔金属氧化物/石墨烯复合电极。

发明内容

本发明提供一种石墨烯掺杂的RuO₂基高比电容的多孔电极及其制备方法，只要采用最简单的热分解法就可以获得。制备方法简单，不需要对石墨烯进行特殊的分散处理。Ru的载量可以降低0.2-0.6 mg/cm²。其它情况相同的条件下，若以泡沫Ni为基体，其比电容至少为Ti基体的数倍以上。

所述石墨烯掺杂的RuO₂基高比电容的多孔电极的制备方法：

具体步骤为：

（1）采用喷砂后的TA2钛板或泡沫Ni为基体，除油，刻蚀，用去离子水冲洗后，放入乙醇溶液中备用；

（2）按照Ru的重量（载量）0.2-0.6mg/cm²取三氯化钌溶解于无水乙醇中超声震荡完全溶解；

（3）按照0.2-0.6g/cm²称取石墨烯并加入0.5ml/cm²浓盐酸对石墨烯进行酸化处理，将酸化后的石墨烯混合到三氯化钌溶液，继续超声振荡。

（4）取非贵金属氧化物的前驱体按1:4-4:1的贵金属离子与非贵金属离子摩尔比溶解于无水乙醇/正丁醇等醇液中。

（5）将上述添加了石墨烯的三氯化钌溶液和非贵金属氧化物前驱体的超声振荡混合直到完全溶解成为金属离子浓度为30wt%的涂液。

（6）将涂液涂刷到钛板或泡沫Ni上，红外灯下烘干，置于300℃的马弗炉中预氧化10min，空冷后重复上述涂覆过程，直到所有涂液用完，最后在300~380℃处理1~6h，可获得高比电容的多孔金属氧化物/石墨烯复合电极。

其中非贵金属氧化物的前驱体为CeCl₃、TiCl₃、SnCl₂、SnCl₄中的任意一种或几种。