The invention discloses a high-voltage doped three-dimensional porous graphene/activated carbon electrode material and a preparation method thereof. The high voltage resisting electrode material of the invention consists of graphene, activated carbon and heteroatoms. Graphene is a porous lamellar structure. Graphene lamellae are connected with three-dimensional network structure. Activated carbon distributes between honeycombs formed by graphene, heteroatoms distribute evenly on graphene and activated carbon. The electrode material presents three-dimensional porous space structure, high conductivity and stable electrochemical structure. The voltage of the supercapacitor monomer assembled by the electrodes is increased to 3.5V and the specific capacity is increased to 140 F/g. Moreover, the three-dimensional porous structure significantly reduces the diffusion resistance of ions during the charging and discharging process of supercapacitors, increases the diffusion rate of electrons and ions, and improves the power density. It has great application prospects to achieve faster charging and discharging.
【技术实现步骤摘要】
一种高耐压的掺杂三维多孔石墨烯/活性炭电极材料及其制备方法
本专利技术属于电化学储能材料领域,具体涉及一种高耐压的掺杂三维多孔石墨烯/活性炭电极材料及其制备方法。
技术介绍
超级电容器是一种高效的电化学储能技术,具有高功率、长寿命、宽温区和环境友好等特性,在新能源交通运输、智能电网和电子信息产业有着广泛的应用和极大的成长空间。高性能、新型电极材料的开发是目前超级电容器技术研究的主流方向,这是由于电极材料的电荷存储能力、耐电压行等直接决定了超级电容器的储存容量和功率特性等。目前商用的双电层超级电容器(EDLC)主要基于活性碳材料,其具有高的比表面、中等电导率,然而,其在电解液中往往浸润性较差、有效活性面积不高、活性位点缺乏等,使得目前商用高耐压高耐压电容碳极度缺乏。因此,受限于目前商用EDLC活性碳的较低的电容值以及高电压稳定性差的缺点,EDLC的产品的能量密度较低(小于10Wh/kg),限制了其应用领域的进一步发展。文献[B.Li,EnergyEnviron.Sci.,2016,9,102]报导了利用高温氨气作为N掺杂源制备氮掺杂活性炭,该技术通过先干燥,然后与KOH混合再高温氮气下煅烧获得碳前体,最后通入氨气作为氮的掺杂源对活性炭进行氮的掺杂。由于其活性炭多孔的结构及其氮掺杂对表面的改性,活性炭电导率增加,润湿性增强,容量提高,然而其氧含量也较高,用在超级电容器中寿命不高,不具有实用价值。文献[J.Xu,,Adv.Mater.,2016,28,5222]报导了多级孔道结构的碳材料,该技术通过把氧化石墨烯和氢氧化钾等注入海绵中,在高温上反应,最后酸除去反应 ...
【技术保护点】
1.一种高耐压的掺杂三维多孔石墨烯/活性炭电极材料,其特征在于,所述材料包括石墨烯、活性炭与杂原子,所述石墨烯为多孔的片层结构,石墨烯片层相互交错形成三维网状结构,所述活性炭分布于所述三维网状结构之间,所述杂原子均匀分布在石墨烯与活性炭上。
【技术特征摘要】
1.一种高耐压的掺杂三维多孔石墨烯/活性炭电极材料,其特征在于,所述材料包括石墨烯、活性炭与杂原子,所述石墨烯为多孔的片层结构,石墨烯片层相互交错形成三维网状结构,所述活性炭分布于所述三维网状结构之间,所述杂原子均匀分布在石墨烯与活性炭上。2.根据权利要求1所述一种高耐压的掺杂三维多孔石墨烯/活性炭电极材料,其特征在于,按质量百分比计,所述电极材料的组成为:石墨烯为5~95%,活性炭为5~95%和杂原子为0~10%。3.根据权利要求1所述一种高耐压的掺杂三维多孔石墨烯/活性炭电极材料,其特征在于,所述杂原子包括硼原子、氮原子、硫原子或者磷原子中的任意一种或者几种的混合物。4.权利要求1~3任一项所述一种高耐压的掺杂三维多孔石墨烯/活性炭电极材料的制备方法,采用混合蒸汽工艺的制备方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:(1)制备氧化石墨烯分散液:按照0.5~10:1,g/L的质量体积比将氧化石墨烯粉体加入水或有机溶剂中,超声搅拌30~240min,再进行机械剥离,得到均匀分散的氧化石墨烯分散液;(2)制备掺杂石墨烯/活性炭前驱体:将活性炭以及杂原子源加入步骤(1)中的氧化石墨烯分散液中,用均质机进行分散5~30min至均匀得到掺杂石墨烯/活性炭前驱体分散液,其中反应物前体的比例按最终所需的比例进行调节,使氧化石墨烯的质量分数为5~95%、活性炭的质量分数为5~95%以及杂原子的质量分数为0~10%,最后在100-200℃下水热反应4~24h,获得三维柱状结构;(3)等离子体处理:将步骤(2)中的掺杂石墨烯/活性炭前驱体进行冷冻干燥后,于混合蒸汽下进行等离子体处理1~15...
【专利技术属性】
技术研发人员:李振湖,刘双翼,
申请(专利权)人:重庆中科超容科技有限公司,
类型:发明
国别省市:重庆,50
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