一種多孔石墨烯及采用其的超級電容器的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超級電容器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多孔石墨烯及采用其的超級電容器的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]超級電容器作為一種兼?zhèn)潆姵丶半娙萜骷夹g(shù)優(yōu)點(diǎn)的新型儲能器件，具有高功率密度、超長使用壽命(循環(huán)壽命高達(dá)100萬次以上，預(yù)期長達(dá)三十年的壽命)、使用溫度范圍寬(-40?70°C )、充電速度快(幾十秒內(nèi)完成)、放置時間長、高效儲能和節(jié)能、安全環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，因此其已廣泛應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電、電動汽車、軍工和港口機(jī)械等領(lǐng)域。
[0003]石墨烯的超高導(dǎo)電率(理論值2500 S πΓ1)和超高比表面積(理論值2630 m2 g—1)能有效降低超級電容器的內(nèi)阻和提高比能量的目的，因此石墨烯是超級電容器電極材料研宄的熱點(diǎn)。但是石墨烯片層之間的J1-JT共軛效應(yīng)，易于引起石墨烯的團(tuán)聚，造成石墨烯成密實結(jié)構(gòu)，且比表面積小于300 m2 g_S影響其在超級電容器中對電解液離子的吸附，降低超級電容器的比能量。因此石墨烯的造孔即多孔石墨烯的制備是其在超級電容器應(yīng)用中發(fā)揮優(yōu)良特性的關(guān)鍵。目前，大多數(shù)高比表面積的多孔石墨烯是通過物理或化學(xué)活化法、水熱法合成，然而這些方法均需要高溫高壓，且整個過程工序復(fù)雜，造成產(chǎn)品的價格較高。
[0004]目前的超級電容器存在比電容相對較低的問題，而采用石墨烯能夠提高其比電容。但是多孔石墨烯存在上述的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，提供一種多孔石墨烯及采用其的超級電容器的制備方法。該方法制備過程簡單，環(huán)境污染小，并且易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，同時生產(chǎn)的多孔石墨烯具有高比表面積和發(fā)達(dá)中孔孔隙結(jié)構(gòu)(中孔孔道為2-50 nm)，多孔石墨烯能夠表現(xiàn)出較高的比電容。
[0006]為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
一種多孔石墨烯，所述多孔石墨烯由以下步驟制備而成:將氧化石墨烯水溶液與無機(jī)鹽以氧化石墨烯和無機(jī)鹽質(zhì)量比為1:1-10的配比混合攪拌0.5h，后將混合液置于管式爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下以1-10°C /min的升溫速度升至200-300°C，保溫l_3h，自然降溫到室溫，后再置于水溶液中煮沸攪拌lh，過濾后得到高比表面積的多孔石墨烯，濾液可重新結(jié)晶得到原始無機(jī)鹽，并可重復(fù)使用。
[0007]作為優(yōu)選方案，所述氧化石墨烯水溶液為含有5_7wt.%氧化石墨烯的水溶液。
[0008]作為優(yōu)選方案，所述無機(jī)鹽為:NaCl、KC1、似20)3或K 2C03。
[0009]一種采用多孔石墨烯的超級電容器的制備方法，具體包括以下步驟:
(1)將多孔石墨烯、導(dǎo)電炭黑、粘結(jié)劑按照質(zhì)量比為8:1:1的配比混合均勻調(diào)至漿狀，為漿料；
(2)然后利用涂覆機(jī)將漿料涂覆于鋁箔上成型，制備得到厚度為240ym炭電極，然后采用碾壓機(jī)以40噸的壓力和10 m/min的速度將炭電極壓實，后沖切機(jī)將壓實的炭電極沖成75X55 mm的炭電極片；
(3)將步驟(2)得到的炭電極片置于170°C真空干燥箱內(nèi)干燥12h，得到電極片成品；
(4)分別將兩個質(zhì)量相等、厚度相等的步驟(3)得到的電極片成品作為正負(fù)極，以纖維素紙為隔膜，以有機(jī)系溶液為電解液，在充滿高純氬氣的手套箱內(nèi)裝配成超級電容器。
[0010]作為優(yōu)選方案，所述步驟(I)的粘結(jié)劑為質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的PTFE乳液或30%的SBR乳液。
[0011]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果是:
O多孔石墨烯的制備過程中無機(jī)鹽可重復(fù)使用，無污染；
2)多孔石墨烯制備工藝簡單、可控以及易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)；
3)多孔石墨烯裝配的超級電容器具有高的比電容。
【附圖說明】
[0012]圖1為實施例1所制得的多孔石墨烯的透射顯微鏡圖；
圖2為實施例1所制得的多孔石墨烯的高倍透射顯微鏡圖；
圖3為實施例1所制得的多孔石墨烯的N2吸脫附曲線；
圖4為實施例1所制得的多孔石墨烯的孔徑分布圖；
圖5為實施例1所制得的超級電容器的倍率性能和循環(huán)性能圖。
【具體實施方式】
[0013]下面通過具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述說明。
[0014]如果無特殊說明，本發(fā)明的實施例中所采用的原料均為本領(lǐng)域常用的原料，實施例中所采用的方法，均為本領(lǐng)域的常規(guī)方法。
[0015]實施例1:
將含有6wt.%氧化石墨烯的水溶液與NaCl以氧化石墨烯和NaCl質(zhì)量比為1:4的配比混合攪拌0.5h，后將混合液置于管式爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下以2V Mn的升溫速度升至200°C，保溫lh，自然降溫到室溫，后再置于水溶液中煮沸攪拌lh，過濾后，濾渣為多孔石墨烯。多孔石墨烯的透射電鏡圖如圖1和2所示。多孔石墨烯的N2吸脫附曲線和孔徑分布圖(見圖3和圖4)顯示其比表面積為1743 m2/g，并表明多孔石墨烯具有發(fā)達(dá)中孔孔隙結(jié)構(gòu)(中孔孔道為2-50 nm),即擁有微孔-中孔-大孔結(jié)構(gòu)。
[0016]然后將上述步驟所得的多孔石墨烯與導(dǎo)電炭黑、10%的PTFE乳液按照質(zhì)量比為8:I:1的配比混合均勻調(diào)至漿狀。然后利用涂覆機(jī)，調(diào)整刮刀高度將漿料涂覆于鋁箔上成型，制備得到厚度為240 μ m炭電極，后采用碾壓機(jī)以40噸的壓力和15 m/min的速度將炭電極壓實，后沖切機(jī)將壓實的炭電極沖成75X55 mm的炭電極片。將步驟炭電極片置于170°C真空干燥箱內(nèi)干燥12h。分別將兩個干燥后的質(zhì)量相等、厚度相等的的電極片作為正負(fù)極，以纖維素紙為隔膜，以I M TEABF4的乙腈溶液為電解液，在充滿高純氬氣的手套箱內(nèi)裝配成超級電容器。該超級電容器在電流密度為0.05 A/g下，比電容為136 F/g;電流密度為20A/g下，比電容為86 F/g(見圖5)。超級電容器在電流密度為20 A/g下，循環(huán)10000后，容量保持率高達(dá)99.3% (見圖5)。
[0017]實施例2:
本實施例過程與實施例1相同，不同之處在于:將步驟I中的氧化石墨烯水溶液的溶質(zhì)溶度由6wt.%改為7wt.%、氧化石墨烯和NaCl質(zhì)量比由1:4改為1:10、升溫速率由2V /min改為8°C /min、升溫至200°C改為270°C，最終得到多孔石墨烯的比表面積為1678 m2/g，且多孔石墨烯具有發(fā)達(dá)中孔孔隙結(jié)構(gòu)(中孔孔道為2-50 nm);將步驟I中的10%的PTFE乳液改為30%的SBR乳液、I M TEABFj^乙腈溶液改為I M SBPBF4的乙腈溶液，所得的超級電容器在電流密度為0.05