一种柔性超级电容器电极及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种柔性超级电容器电极，包括石墨烯纸以及复合于所述石墨烯纸的三维多孔石墨烯。本发明专利技术将石墨烯纸与三维多孔石墨烯进行紧密的复合制备柔性超级电容器电极，其中，前者主要承担电极集流体的作用，同时赋予电极良好的力学性能，后者具有孔结构且比表面积大，良好的离子扩散能力和电荷存储能力，赋予电极优异的电容特性，通过结合两种不同石墨烯结构在电极力学性能和能量存储上的优势，获得具有良好力学性能的高性能柔性电极。

Flexible super capacitor electrode and its preparation method

The present invention provides a flexible supercapacitor electrode, including graphene paper and three-dimensional porous graphene compound on the graphene paper. The invention of graphene paper and three-dimensional porous graphene close composite preparation of flexible super capacitor electrode, wherein, the former is mainly responsible for the electrode collector, while giving good mechanical properties of the electrode, the latter has pore structure and large specific surface area, and the charge storage ability is good to spread. Excellent electrode capacitance characteristics, through a combination of two different graphene structure in mechanical properties and energy storage electrode on the edge, to obtain high performance flexible electrode with good mechanical properties.

【技术实现步骤摘要】
一种柔性超级电容器电极及其制备方法
本专利技术属于电容器
，具体涉及一种柔性超级电容器电极及其制备方法。
技术介绍
柔性电极材料作为柔性储能器件的核心部件直接决定了器件的性能。近些年来，随着碳纳米材料研究的飞速发展，利用导电性能优异、质量轻且比表面积大的碳材料制备柔性电极已成为发展主流。其中，石墨烯由于其独特的物化性能，已被广泛应用于柔性电极的制备。目前，柔性石墨烯纸电极由于质量轻，且具有良好的柔韧性、导电性以及自支撑能力，已成为柔性超级电容器电极材料的研究热点。不过石墨烯纸电极由石墨烯片层紧密堆积而成，具有典型的层状结构，尽管力学性能优异，但比表面积较小，离子扩散路径长，电极的能量密度和功率密度并不理想。将石墨烯片层进行整合组装可以获得具有三维石墨烯，其具有连通的孔结构和大的比表面积，因而在倍率性能和电荷存储方面具有明显优势。不过由于石墨烯片层之间的作用力较弱，电极的抗拉强度低，所以在弯折过程中柔韧性和机械稳定性较差，难以实现其在高性能柔性超级电容器中的应用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种柔性超级电容器电极及其制备方法，本专利技术提供的柔性超级电容器电极具有良好的柔韧性和容量。本专利技术提供了一种柔性超级电容器电极，包括石墨烯纸以及复合于所述石墨烯纸的三维多孔石墨烯。优选的，所述石墨烯纸的厚度为50～300μm，所述三维多孔石墨烯的厚度为50～200μm。本专利技术还提供了一种上述柔性超级电容器电极的制备方法，包括以下步骤：A)将经过表面修饰的磁性纳米粒子的有机分散相与氧化石墨烯的水分散相混合搅拌，进行反应后离心洗涤，得到磁性纳米粒子修饰的氧化石墨烯，将所述磁性纳米粒子修饰的氧化石墨烯分散于乙醇溶液中，得到磁性纳米粒子修饰的氧化石墨烯乙醇分散液；B)在基底表面涂覆氧化石墨烯凝胶后置于乙醇溶液中，在所述氧化石墨烯凝胶下方施加磁场，向所述乙醇溶液中加入磁性纳米粒子修饰的氧化石墨烯乙醇分散液，所述磁性纳米粒子修饰的氧化石墨烯受磁场作用在所述氧化石墨烯凝胶表面进行富集、排列和组装，得到柔性超级电容器电极前驱体；C)将所述柔性超级电容器电极前驱体进行还原并用去离子水清洗，得到柔性超级电容器电极。优选的，所述磁性纳米粒子选自Fe3O4、NiO和Co3O4中的一种或多种。优选的，所述经过表面修饰的磁性纳米粒子为表面修饰有稳定剂的磁性纳米粒子，所述稳定剂选自油酸和/或油胺。优选的，所述有机分散相中的有机溶剂选自甲苯、正己烷或环己烷。优选的，所述经过表面修饰的磁性纳米粒子与氧化石墨烯的质量比为(0.3～0.7)：1。优选的，所述磁场强度>0.4T。优选的，所述氧化石墨烯凝胶的厚度为0.5～3mm，所述氧化石墨烯凝胶中氧化石墨烯的浓度为7～10mg/mL。优选的，所述还原的还原剂为碘和次磷酸的混合液或碘化氢溶液，所述碘与次磷酸的质量比为1:10～3:10，所述还原的温度为80～90℃，所述还原的时间为6～12小时。与现有技术相比，本专利技术提供了一种柔性超级电容器电极，包括石墨烯纸以及复合于所述石墨烯纸的三维多孔石墨烯。本专利技术将石墨烯纸与三维多孔石墨烯进行紧密的复合，其中，前者主要承担电极集流体的作用，同时赋予电极良好的力学性能，后者具有孔结构且比表面积大，良好的离子扩散能力和电荷存储能力，赋予电极优异的电容特性，通过结合两种不同石墨烯结构在电极力学性能和能量存储上的优势，获得具有良好力学性能的高性能柔性电极。附图说明图1为本专利技术提供的柔性超级电容器电极前驱体的合成示意图；图2为柔性超级电容器电极纵向切面电镜扫描图；图3为柔性超级电容器电极电镜扫描图。具体实施方式本专利技术提供了一种柔性超级电容器电极，包括石墨烯纸以及复合于所述石墨烯纸的三维多孔石墨烯。本专利技术提供的柔性超级电容器电极包括石墨烯纸，所述石墨烯纸的厚度优选为50～300μm，更优选为100～150μm。所述柔性超级电容器电极还包括复合于所述石墨烯纸的三维多孔石墨烯，所述三维多孔石墨烯的厚度优选为50～200μm，更优选为100～200μm。在本专利技术中，所述石墨烯纸与三维多孔石墨烯紧密连接。其中，前者主要承担电极集流体的作用，同时赋予电极良好的力学性能，后者具有孔结构且比表面积大，良好的离子扩散能力和电荷存储能力，赋予电极优异的电容特性，通过结合两种不同石墨烯结构在电极力学性能和能量存储上的优势，获得具有良好力学性能的高性能柔性电极。本专利技术还提供了一种上述柔性超级电容器电极的制备方法，包括以下步骤：A)将经过表面修饰的磁性纳米粒子的有机分散相与氧化石墨烯的水分散相混合搅拌，进行反应后离心洗涤，得到磁性纳米粒子修饰的氧化石墨烯，将所述磁性纳米粒子修饰的氧化石墨烯分散于乙醇溶液中，得到磁性纳米粒子修饰的氧化石墨烯乙醇分散液；B)在基底表面涂覆氧化石墨烯凝胶后置于乙醇溶液中，在所述氧化石墨烯凝胶下方施加磁场，向所述乙醇溶液中加入磁性纳米粒子修饰的氧化石墨烯乙醇分散液，所述磁性纳米粒子修饰的氧化石墨烯受磁场作用在所述氧化石墨烯凝胶表面进行富集、排列和组装，得到柔性超级电容器电极前驱体；C)将所述柔性超级电容器电极前驱体进行还原并用去离子水清洗，得到柔性超级电容器电极。首先，分别配制经过表面修饰的磁性纳米粒子的有机分散相与氧化石墨烯的水分散相。所述经过表面修饰的磁性纳米粒子的有机分散相的浓度优选为0.3～0.4mg/mL，更优选为0.3mg/mL；所述氧化石墨烯的水分散相的浓度优选为0.3～0.4mg/mL，更优选为0.3mg/mL。其中，所述经过表面修饰的磁性纳米粒子的有机分散相中，所述磁性纳米粒子选自Fe3O4、NiO和Co3O4中的一种或多种，优选为Fe3O4；所述有机溶剂优选为甲苯、正己烷或环己烷。所述经过表面修饰的磁性纳米粒子为表面修饰有稳定剂的磁性纳米粒子，所述稳定剂选自油酸和/或油胺，优选为油酸和油胺，所述油酸和油胺的体积比优选为1:1～1:3。本专利技术对所述表面修饰的方法并没有特殊限制，本领域技术人员公知的方法即可。在本专利技术中，经过表面修饰的Fe3O4纳米粒子优选按照如下方法进行制备：向Fe(acac)3苯甲醇溶液中依次加入油酸和油胺混合搅拌，得到混合溶液；将所述混合溶液在180℃的条件下反应10小时；将上述反应产物离心洗涤，得到经过表面修饰的Fe3O4纳米粒子。将经过表面修饰的磁性纳米粒子的有机分散相与氧化石墨烯的水分散相混合搅拌，进行反应，利用氧化石墨烯片层表面的含氧官能团对磁性纳米粒子的配位作用，将有磁性纳米粒子负载于氧化石墨烯表面，得到磁性纳米粒子修饰的氧化石墨烯。所述经过表面修饰的磁性纳米粒子与氧化石墨烯的质量比为(0.3～0.7)：1，优选为(0.4～0.5):1。然后，离心洗涤并分散于乙醇中，得到磁性纳米粒子修饰的氧化石墨烯的乙醇分散液。其中，所述离心洗涤优选乙醇进行离心洗涤。接着，将氧化石墨烯凝胶涂覆于基底表面，在本专利技术中，所述基底优选为玻璃板，然后，将涂覆有氧化石墨烯凝胶的基板置于乙醇溶液中，在所述氧化石墨烯凝胶下方施加磁场，向所述乙醇溶液中加入磁性纳米粒子修饰的氧化石墨烯的乙醇分散液，所述磁性纳米粒子修饰的氧化石墨烯受磁场作用在所述氧化石墨烯凝胶表面进行富集、排列和组装，得到柔性超级电容器电极前驱体。本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性超级电容器电极，其特征在于，包括石墨烯纸以及复合于所述石墨烯纸的三维多孔石墨烯。

【技术特征摘要】
1.一种柔性超级电容器电极，其特征在于，包括石墨烯纸以及复合于所述石墨烯纸的三维多孔石墨烯。2.根据权利要求1所述的柔性超级电容器电极，其特征在于，所述石墨烯纸的厚度为50～300μm，所述三维多孔石墨烯的厚度为50～200μm。3.一种如权利要求1或2所述的柔性超级电容器电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A)将经过表面修饰的磁性纳米粒子的有机分散相与氧化石墨烯的水分散相混合搅拌，进行反应后离心洗涤，得到磁性纳米粒子修饰的氧化石墨烯，将所述磁性纳米粒子修饰的氧化石墨烯分散于乙醇溶液中，得到磁性纳米粒子修饰的氧化石墨烯乙醇分散液；B)在基底表面涂覆氧化石墨烯凝胶后置于乙醇溶液中，在所述氧化石墨烯凝胶下方施加磁场，向所述乙醇溶液中加入磁性纳米粒子修饰的氧化石墨烯乙醇分散液，所述磁性纳米粒子修饰的氧化石墨烯受磁场作用在所述氧化石墨烯凝胶表面进行富集、排列和组装，得到柔性超级电容器电极前驱体；C)将所述柔性超级电容器电极前驱体进行还原并用去离子水清洗，得到柔性超级电容器电极。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：刘跃文，周旭峰，刘兆平，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33