[发明专利]一种石墨烯/金属氧化物复合电极材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种石墨烯/金属氧化物复合电极材料及其制备方法，涉及电化学材料技术领域。这种石墨烯/金属氧化物复合电极材料，先通过电解方法制备得到石墨烯，然后将石墨烯与Ru、Mn和Co的混合盐溶液混合，干燥后在220℃～300℃条件下煅烧，得到石墨烯/金属氧化物复合电极材料。该石墨烯/金属氧化物复合电极材料通过引入金属氧化物和石墨烯进行复合，使得金属纳米粒子嵌入相邻的石墨烯片层间，双电层电极材料和赝电容电极材料的合理复合，导电性和化学稳定性良好，具有理想的比电容。

技术领域

本发明涉及电化学材料领域，且特别涉及一种石墨烯/金属氧化物复合电极材料及其制备方法。

背景技术

超级电容器具有高的功率密度、充电时间短、绿色环保和长循环寿命，在电动汽车，航空航天设备以及消费电子等领域具有广泛的应用前景。超级电容器的性能主要取决于电极材料的选择。金属氧化物基于自身的氧化还原反应可获得很高的赝电容，其中，氧化钌具有较好的稳定性和可观的赝电容特性，被公认为最优秀的电极材料，但钌价格昂贵，限制其商业化的应用。降低含钌电极的原料成本和制作成本是实现其商业化的关键。通过添加第2组元可提高氧化钌的分散性，增大电极的结构缺陷，可有效提高电极的活性。第2组元如TiO₂、MnO₂、MnO₂、Co₃O₄，SiO₂等。

石墨烯是一种二维结构的碳材料，其具有理想的单原子层厚度，理论比表面积高达2630m²·g^-1，且导电性和化学稳定性良好，被认为是理想的双电层电容器电极材料。但范德华力的存在使石墨烯易团聚，从而降低了石墨烯的比表面积和比容量。

发明人研究发现，引入金属氧化物与石墨烯进行复合可以使纳米粒子嵌入相邻的石墨烯片层间，有效阻止石墨烯片重新堆叠，使高的电荷容量得以保持从而弥补石墨烯作为超级电容器电极材料的不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯/金属氧化物复合电极材料，此电极材料化学性质稳定，电性能优异。

本发明的另一目的在于提供石墨烯/金属氧化物复合电极材料的制备方法。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提出一种石墨烯/金属氧化物复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1，获取一对石墨电极和电解液，将成对所述石墨电极插入所述电解液中，通电电解，获取电解得到的石墨烯；

S2，将Ru盐、Mn盐和Co盐溶解于溶剂中，得到混合金属盐溶液，其中，所述混合金属盐溶液中，Ru:Mn:Co的原子比为4:1～4:2～4；

S3，在所述混合金属盐溶液中，加入所述石墨烯，混合后，干燥得到石墨烯-金属盐前驱体；

S4，将所述石墨烯-金属盐前驱体在230℃～310℃条件下煅烧，得到石墨烯/金属氧化物复合电极材料。

本发明提出一种石墨烯/金属氧化物复合电极材料，根据上述的制备方法制得。

本发明实施例的石墨烯/金属氧化物复合电极材料及其制备方法的有益效果是：

将双电层电极材料石墨烯和赝电容电极材料金属氧化物复合，显著提高电极材料的导电性和化学稳定性。同时，引入金属氧化物与石墨烯进行复合可以使纳米粒子嵌入相邻的石墨烯片层间，有效阻止石墨烯片重新堆叠，使高的电荷容量得以保持，从而弥补石墨烯作为超级电容器电极材料的不足。

金属氧化物通过Mn、Co和Ru的混合，得到三元复合金属氧化物，电极材料的组织结构和电化学性能发明明显改变。改善了氧化钌的分散性，形成高密度的结构缺陷，有效提高了电极的活性点密度和电化学粗糙度，进一步提高电极材料的比电容。