[发明专利]一种石墨烯掺杂的二氧化铱基多孔电极及其制备方法

说明书

本发明属于电极材料技术领域，具体涉及一种石墨烯掺杂的IrO₂基多孔电极及其制备方法。本发明将氯铱酸与石墨烯进行负载，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、贵金属氧化物的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、高电解质选择性的多孔金属氧化物/石墨烯复合电极。

技术领域

本发明属于电极材料技术领域，具体涉及一种石墨烯掺杂的IrO₂基多孔电极及其制备方法。

背景技术

以IrO₂和RuO₂为代表的金属氧化物阳极因其具有良好的耐蚀性能、活性和电容性能倍受关注。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，几乎包含了所有的非贵金属氧化物。近些年，以活性炭、碳纳米管和石墨烯为代表的导电导热良好碳材料又成为电极材料的研究热点。然而，添加非贵金属氧化物可以有效提高以IrO₂为基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。单纯的碳材料电极活化困难，制备过程中容易发生团聚，往往得不到理想的电容性能。此外，电极材料的使用电解质不同，其电化学性能有很大差异。如以H₂SO₄为代表的酸性电解质通常选IrO₂基氧化物材料，最典型的为IrO₂-Ta₂O₅氧化物电极；以NaCl为代表的中性电解质首选RuO₂基氧化物材料，最典型的为RuO₂（摩尔分数30%）-TiO₂氧化物电极；以KOH为代表的碱性电解质通常以泡沫镍为基体制备的镍钴复合氧化物（尖晶石型）电极材料。本发明意在结合石墨烯的高导电性、贵金属氧化物的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、高电解质选择性的多孔金属氧化物/石墨烯复合电极。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯掺杂的IrO₂基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高比电容、高电解质选择性的多孔金属氧化物/石墨烯复合电极。

常规IrO₂基等电极常用作析氧电极，如IrO₂-Ta₂O₅电极，当IrO₂为 摩尔分数50%时可达到最好的电极性能。这些电极的表面微观形貌为龟裂状裂纹而非多孔。

所述石墨烯掺杂的IrO₂基多孔电极的制备方法为：

（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）按照铱的重量（载量）0.2-0.6mg/cm²取氯铱酸溶解于无水乙醇中超声震荡完全溶解；

（3）按照0.2-0.6g/cm²称取石墨烯并加入盐酸对石墨烯进行酸化处理，将酸化后的石墨烯混合到氯铱酸溶液，继续超声振荡；

（4）取非贵金属氧化物的前驱体溶解于无水乙醇/正丁醇等醇液中；

（5）将上述添加了石墨烯的氯铱酸溶液和非贵金属氧化物前驱体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。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、高电解质选择性的多孔金属氧化物/石墨烯复合电极。

步骤（4）中的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。