[发明专利]一种用于超级电容器的碳基复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种用于超级电容器的碳基复合材料的制备方法。将氧化石墨烯(GO)与聚甲基丙烯酸甲酯/聚丙烯腈(PMMA/PAN)核壳结构混合均匀，抽滤后通过高温碳化，去除PMMA并还原得到rGO/PAN，最后经过KOH活化得到多孔rGO/PAN复合材料。本发明公开的制备方法采用PMMA/PAN核壳结构作为模板，既防止石墨烯堆叠，又含有丰富的大孔、介孔和微孔可以形成双电层，提高了有效比表面积和电导率。而且整个制备工艺成本低，绿色环保。

技术领域

本发明涉及电化学技术领域，具体涉及超级电容器领域，特别涉及一种用于超级电容器的碳基复合材料的制备方法。

背景技术

超级电容器是介于传统电容器和二次电池之间的一种新型电化学储能装置，具有容量大、功率密度高、循环寿命长、充放电速度快、使用温度范围宽、对环境无污染等优点。目前，已广泛应用在便携式电子设备、电动汽车、备用电源系统等领域。但和电池相比，超级电容器的能量密度很小，储存能量和保持时间受到限制。为了满足实际应用与需求，如何实现兼具高功率密度和高能量密度的超级电容器已成为当前研究热点之一。

石墨烯是一种由碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新型材料，具有优异的导电性、力学性能、光学性能和热学性能。而且石墨烯的理论比表面积高达2630 m2 g-1。假如它的整个平面都可用来构建双电层，理论比电容为550F g-1，可作为双电层超级电容器的理想电极材料。但是由于石墨烯层间范德华力和π-π强作用力的存在，石墨烯易发生团聚，降低了形成有效双电层的比表面积和电导率。

为了避免石墨烯的堆叠、充分发挥石墨烯优异结构特性与电化学性能，本发明由此而来。

发明内容

本发明为解决现有技术的超级电容器的电极材料无法兼具高功率密度和高能量密度，本发明提供一种用于超级电容器的碳基复合材料及其制备方法。

本发明一方面提供一种用于超级电容器的电极复合材料的制备方法，包括如下步骤:

A.制备聚甲基丙烯酸甲酯PMMA/聚丙烯腈PAN的核壳结构；

B.将前述的PMMA/PAN核壳结构与氧化石墨烯混合，抽滤后并干燥，得到GO/PMMA/PAN；

C.高温碳化，去除PMMA并还原得到rGO/PAN；

D.经过KOH活化得到多孔rGO/PAN复合材料。

将氧化石墨烯GO与聚甲基丙烯酸甲酯/聚丙烯腈(PMMA/PAN)核壳结构混合均匀，抽滤后通过高温碳化，去除PMMA并还原得到rGO/PAN，最后经过KOH活化得到多孔rGO/PAN复合材料。

本发明的技术方案中，步骤A的具体方法如下：

A-1.将5-20ml PMMA单体和5-20mg过硫酸钾KPS加入到100-600ml去离子水中，在60-80℃氮气氛围下用磁力搅拌机搅拌3-6小时；

A-2.取100-300ml步骤A-1的溶液，5-20ml丙烯腈AN和5-20mg过硫酸钾KPS加入到100-300ml去离子水中，在60-80℃氮气氛围下用磁力搅拌机搅拌2-4小时；

A-3.将步骤A-2的PMMA/PAN溶液离心，用去离子水清洗数次并干燥。

其中，所述的PAN颗粒直径为100nm-300nm；所述的PAN/PMMA颗粒直径为200nm-500nm。

本发明的技术方案中，步骤B的具体方法如下：

B-1.称量氧化石墨烯GO粉末加入去离子水，超声1-2小时；

B-2.称量PMMA/PAN粉末加入去离子水，超声1-2小时；且氧化石墨烯GO和PMMA/PAN颗粒的混合质量比为1:10-1:50。