專利名稱：制備超級(jí)電容器用石墨烯-氫氧化鎳復(fù)合電極材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制備超級(jí)電容器用石墨烯-氫氧化鎳復(fù)合電極材料的方法，更具體的說(shuō)，本發(fā)明涉及超級(jí)電容器能源存儲(chǔ)設(shè)備中石墨烯-氫氧化鎳復(fù)合正極材料的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著全球氣候變暖、環(huán)境污染等問(wèn)題的日益加劇以及人類對(duì)能源需求量的大幅增加，使得科研機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)廠家將研發(fā)重點(diǎn)廣泛集中于能量存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)換設(shè)備方面。超級(jí)電容器以其功率特性好、循環(huán)壽命長(zhǎng)、維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)有望成為能源領(lǐng)域的未來(lái)之星，其理想的應(yīng)用包括緊急電源供給、電動(dòng)汽車用電池的峰值功率提供等能量存儲(chǔ)領(lǐng)域。根據(jù)其儲(chǔ)能方式的不同，可以分為雙電層電容器(離子吸附型)和贗電容電容器(快速的表面氧化還原反應(yīng)型)兩種。贗電容材料能夠使超級(jí)電容器具有高的比電容和大的能量密度，備受產(chǎn)業(yè)化研究所關(guān)注。目前的研究重點(diǎn)在于尋找替代Ru02、Ir02等貴金屬氧化物的廉價(jià)贗電容電極材料，同時(shí)兼具有高的比電容、優(yōu)異的循環(huán)性能以及簡(jiǎn)單可行的制備手段。但是，具有高比電容的電極材料往往循環(huán)穩(wěn)定性不佳，且制備手段復(fù)雜、重復(fù)性差，并需要使用粘結(jié)劑、 導(dǎo)電劑等添加成分，嚴(yán)重影響了電極材料的使用壽命和制造成本。石墨烯作為一種二維材料，具有高的比表面積和電導(dǎo)率、柔韌性好、力學(xué)強(qiáng)度高、 強(qiáng)的化學(xué)耐受性、寬的電位窗口以及極輕的質(zhì)量，使其成為生長(zhǎng)具有電化學(xué)活性和良好導(dǎo)電性的納米材料的理想襯底材料；而氫氧化鎳電極材料具有高的理論比容、完好的氧還原特性以及低成本等特點(diǎn)。二者所形成的復(fù)合電極材料的優(yōu)越性在于在保持贗電容材料電化學(xué)活性的同時(shí)，利用襯底材料的形貌特征、高電導(dǎo)率以及與活性涂層材料(氫氧化鎳)更為親和的表面穩(wěn)定作用，最大限度地發(fā)揮其協(xié)同效應(yīng)，指導(dǎo)活性涂層的分布、生長(zhǎng)及穩(wěn)定， 從而實(shí)現(xiàn)超級(jí)電容器整體性能的提高和優(yōu)化。而在復(fù)合電極材料的制備方面，復(fù)雜繁瑣的化學(xué)合成路徑，高成本的合成原料，費(fèi)時(shí)的制備過(guò)程，不可控難重復(fù)的制備條件，成為限制其發(fā)展及產(chǎn)業(yè)化的強(qiáng)大阻力和瓶頸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，從以上背景出發(fā)，提出一種簡(jiǎn)單有效的制備石墨烯-氫氧化鎳復(fù)合電極材料的方法，首先以等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積作為手段，以甲烷和氫氣作為反應(yīng)氣體，制備出低缺陷的原位生長(zhǎng)石墨烯襯底，再利用電化學(xué)沉積的方式，沉積氫氧化鎳活性層，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)合。所制備的復(fù)合材料可直接應(yīng)用于超級(jí)電容器的正極，無(wú)需任何粘結(jié)齊U、導(dǎo)電劑，并能夠同時(shí)兼具高的比電容和優(yōu)良的循環(huán)穩(wěn)定性能，為超級(jí)電容器電極材料的技術(shù)改良和產(chǎn)品升級(jí)提供了技術(shù)參考?？蓪?shí)現(xiàn)上述目的的本發(fā)明的制備方法的特征是在PECVD (plasma enhanced chemical vapor exposition，等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積)的方法下，以金屬材料為基底， 通過(guò)碳源氣體、氫氣以10 80(單位為sccm，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)毫升每分)的配比，在高溫(700°C 以上)作用下制備出石墨烯襯底材料；然后在電化學(xué)沉積的方法下，以Ni (N03)2為電解液，所制備的石墨烯-泡沫鎳襯底材料為工作電極，鉬為對(duì)電極，飽和甘汞電極為參比電極，在襯底材料上電沉積氫氧化鎳，從而實(shí)現(xiàn)原位石墨烯生長(zhǎng)-零添加復(fù)合。通過(guò)上述發(fā)明，可以制備出比電容高、循環(huán)穩(wěn)定性好的復(fù)合電極材料。本發(fā)明的具體技術(shù)方案是—種制備超級(jí)電容器用石墨烯-氫氧化鎳復(fù)合電極材料的方法，是通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法制備石墨烯襯底薄膜材料，再通過(guò)電化學(xué)沉積的方法復(fù)合氫氧化鎳活性材料，實(shí)現(xiàn)石墨烯-氫氧化鎳的原位-零添加復(fù)合，該方法主要包括以下步驟步驟A 利用PECVD技術(shù)，在作為超級(jí)電容器集電極的基底材料即石墨烯薄膜的載體上沉積石墨烯薄膜；步驟B 將步驟A中制備的集電極-石墨烯襯底材料置于電解池中，以硝酸鎳溶液為電解液，所制備的石墨烯襯底材料為工作電極，鉬片為對(duì)電極，飽和甘汞電極作為參比電極，進(jìn)行電化學(xué)沉積氫氧化鎳；步驟C 控制電化學(xué)沉積的溫度、時(shí)間及沉積電流或電位，在石墨烯基體上制備氫氧化鎳，從而得到復(fù)合電極材料。在步驟A中，所制備的石墨烯薄膜，采用PECVD技術(shù)制備，反應(yīng)的前軀體為碳源氣體和氫氣，在基底材料上原位生長(zhǎng)石墨烯薄膜材料。在步驟A中沉積石墨烯薄膜所用基底，選自包括泡沫鎳、鎳片金屬材料，同時(shí)作為超級(jí)電容器的集電極使用，沉積過(guò)程中所用保護(hù)氣體優(yōu)選氫氣還原性氣體，流速 10-20sccm, sccm為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)毫升每分，壓強(qiáng)在100-2001 范圍；氣相沉積過(guò)程中反應(yīng)氣體為碳源氣體，優(yōu)選甲烷。在步驟A中，反應(yīng)溫度在700-800°C之間，當(dāng)?shù)竭_(dá)反應(yīng)溫度后即通入烴類氣體并進(jìn)行射頻等離子體反應(yīng)，射頻功率在150-200W之間，反應(yīng)時(shí)間控制在30-40min范圍。在步驟B的電化學(xué)沉積階段，所選用的工作電極來(lái)自于PECVD方法所制備的含碳基底，即化學(xué)氣相沉積生長(zhǎng)的碳材料，以石墨烯薄膜為主的泡沫鎳等碳材料載體，硝酸鎳溶液的濃度在0. I-IM之間，M,為每升溶液含有的溶質(zhì)物質(zhì)的摩爾數(shù)，電化學(xué)沉積過(guò)程優(yōu)選恒電流陰極沉積，沉積電流密度優(yōu)選l-4mA/cm2，沉積時(shí)間控制在3-12min。在步驟C的電化學(xué)階段，氫氧化鎳與石墨烯的結(jié)合無(wú)需粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑，溫度優(yōu)選室溫。所制備復(fù)合電極材料全過(guò)程中不進(jìn)行任何粘結(jié)處理、物質(zhì)添加以及包括退火后續(xù)操作。本發(fā)明的基本技術(shù)方案的概括如下選用某種可作為超級(jí)電容器集電極材料(例如泡沫鎳、鎳片、鈦片等)使用的導(dǎo)電材料作為基底，使用烴類氣體作為碳源氣，同時(shí)通入氫氣作為反應(yīng)氣體，控制反應(yīng)溫度及時(shí)間，采用等離子體作用的方式化學(xué)氣相沉積石墨烯襯底材料，再以此為工作電極電化學(xué)沉積氫氧化鎳活性材料，實(shí)現(xiàn)石墨烯的原位生長(zhǎng)及氫氧化鎳的零添加復(fù)合。本發(fā)明的具體技術(shù)參數(shù)及最優(yōu)選取方案介紹如下本發(fā)明中石墨烯襯底薄膜(而后作為電化學(xué)沉積氫氧化鎳活性材料的襯底)的制備，優(yōu)選等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)，襯底材料優(yōu)選泡沫鎳。該過(guò)程主要可以分為三個(gè)步驟
1)通入某種或某些氣體升溫至預(yù)定溫度(反應(yīng)溫度)，待溫度達(dá)到反應(yīng)溫度時(shí)，通入碳源氣體；2)碳源氣體與氫氣合理配比，即CmHn//H2 = 10/80，單位為seem。調(diào)整反應(yīng)氣壓， 設(shè)定射頻功率及反應(yīng)時(shí)間，使反應(yīng)原料充分離化、分解，轉(zhuǎn)變成活性基團(tuán)，進(jìn)而在基底材料的表面及內(nèi)部進(jìn)行吸附、溶解、擴(kuò)散、析出，最終形成石墨烯襯底材料；3)通保護(hù)氣體降溫至100°C以下。本發(fā)明中，在石墨烯襯底薄膜的制備過(guò)程中，碳源氣體優(yōu)選甲烷，背底壓強(qiáng)應(yīng)小于 IOPa,以保證催化劑薄膜的高純度。本發(fā)明中，在石墨烯襯底薄膜的制備過(guò)程中，步驟1)的升溫刻蝕(或稱熱刻蝕) 過(guò)程，氣體優(yōu)選氫氣，加熱時(shí)間優(yōu)選40min。氫氣升溫處理的目的是為了還原可能部分氧化的基底材料，從而為后續(xù)的等離子體化學(xué)氣相沉積過(guò)程提供條件，以得到連續(xù)、低缺陷、高質(zhì)量的石墨烯薄膜襯底。本發(fā)明中，氫氧化鎳活性材料的制備，優(yōu)選0. IM Ni (NO3)2溶液，以上述方法制備的碳基材料為工作電極，鉬片為對(duì)電極，飽和甘汞電極為參比電極，進(jìn)行電化學(xué)沉積，沉積方式優(yōu)選恒電流陰極沉積。本發(fā)明中，在氫氧化鎳活性材料的制備過(guò)程中，電化學(xué)沉積溫度優(yōu)選室溫，沉積電流密度優(yōu)選-I 4mA/cm2，沉積時(shí)間優(yōu)選3-iaiiin之內(nèi)。綜上所述，本發(fā)明中優(yōu)選技術(shù)參數(shù)的基本構(gòu)成是基底材料(同時(shí)作為超級(jí)電容器的集電極)在甲烷(優(yōu)選氣體)、氫氣共存的條件下，通過(guò)等離子體放電作用，制備出石墨烯襯底材料，并以此為工作電極直接電沉積氫氧化鎳活性物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)復(fù)合。經(jīng)過(guò)這樣的步驟，可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單有效的石墨烯原位制備、氫氧化鎳快速?gòu)?fù)合，其操作流程的簡(jiǎn)單化遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于目前普遍采用的繁瑣的化學(xué)制備方法，降低了制備時(shí)間和成本，該電極用于超級(jí)電容器的陽(yáng)極材料，具有高的比電容數(shù)值和良好的循環(huán)穩(wěn)定性，有望投入到產(chǎn)業(yè)化當(dāng)中，為工業(yè)生產(chǎn)、產(chǎn)品優(yōu)化升級(jí)提供了條件。本發(fā)明具有以下明顯的優(yōu)點(diǎn)1)首先，本發(fā)明中石墨烯襯底材料的制備采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積的方法，在用于超級(jí)電容器集電極材料的基底上直接原位生長(zhǎng)，不同于石墨烯材料的化學(xué)制備方法，襯底材料的制備一次完成，反應(yīng)時(shí)間短，產(chǎn)量高，有別于繁瑣的氧化-還原方法制備的石墨烯材料。2)其次，本發(fā)明中碳源氣體、氫氣配比是經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試得到的，并且可以重復(fù)實(shí)驗(yàn)參數(shù)，保證了實(shí)驗(yàn)操作可重復(fù)性。3)再次，本發(fā)明中氫氧化鎳活性材料的制備，使用電化學(xué)沉積的方法，與目前較多采用的化學(xué)浴方法相比，反應(yīng)過(guò)程簡(jiǎn)單、易于操作、數(shù)分鐘即可完成樣品沉積，并且可與襯底石墨烯薄膜良好結(jié)合，無(wú)需任何添加劑，大大節(jié)省了時(shí)間和成本。4)最后，本發(fā)明所制備的石墨烯-氫氧化鎳復(fù)合電極材料，所采用的整個(gè)方法流程目前未見報(bào)道，且產(chǎn)物具有高的比電容的同時(shí)，能夠在數(shù)百次的大電流密度充放電條件下保持80%以上的比電容數(shù)值，從而為混合動(dòng)力能源等領(lǐng)域提供了有利的技術(shù)支持。


圖1是實(shí)施實(shí)例1中得到的石墨烯襯底薄膜的SEM圖片，可以看到透明度極高的大面積碳膜分布于泡沫鎳基底之上。圖2是實(shí)施實(shí)例1中得到的石墨烯襯底薄膜的TEM圖片及相應(yīng)的SAED花樣。圖3是實(shí)施實(shí)例1中得到的石墨烯襯底薄膜的拉曼光譜。圖4是實(shí)施實(shí)例1中得到的石墨烯-氫氧化鎳復(fù)合電極材料的SEM圖片。圖5是實(shí)施實(shí)例1中得到的石墨烯-氫氧化鎳復(fù)合電極材料的TEM圖片及相應(yīng)的 SAED花樣，可以看到兩種物質(zhì)實(shí)現(xiàn)了良好的復(fù)合，衍射花樣來(lái)自于單晶的碳。圖6是實(shí)施實(shí)例1中得到的石石墨烯-氫氧化鎳復(fù)合電極材料在不同掃描速度下的循環(huán)伏安曲線圖，電位窗口為0-0. 5V;在不同掃速下，其循環(huán)伏安曲線的形狀基本沒有發(fā)生改變，表明所制備復(fù)合電極材料具有極好的電化學(xué)性能。圖7是實(shí)施實(shí)例1中得到石墨烯-氫氧化鎳復(fù)合電極材料在不同的電流密度下進(jìn)行充放電測(cè)試的曲線圖，對(duì)應(yīng)給出了不同電流密度下的比電容數(shù)值。圖8是實(shí)施實(shí)例1中得到的石墨烯-氫氧化鎳復(fù)合電極材料在60A/g的大電流密度下充放電700次的放電曲線對(duì)比圖。圖9是實(shí)施實(shí)例1中得到的石墨烯-氫氧化鎳復(fù)合電極材料在60A/g充放電電流密度下比電容隨循環(huán)次數(shù)變化的關(guān)系圖。圖10是實(shí)施實(shí)例2中得到的石墨烯-氫氧化鎳復(fù)合電極材料在不同掃描速度下的循環(huán)伏安曲線圖。圖11是實(shí)施實(shí)例2中得到的石墨烯-氫氧化鎳復(fù)合電極材料在60A/g大電流密度下充放電300次的曲線對(duì)比圖。圖12是實(shí)施實(shí)例2中得到的石墨烯-氫氧化鎳復(fù)合電極材料在60A/g充放電電流密度下比電容隨循環(huán)次數(shù)變化的關(guān)系圖。圖13是實(shí)施實(shí)例3中得到的石墨烯-氫氧化鎳復(fù)合電極材料的TEM圖片及相應(yīng)的SAED花樣。圖14是實(shí)施實(shí)例3中得到的石墨烯-氫氧化鎳復(fù)合電極材料在不同掃描速度下的循環(huán)伏安曲線圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施實(shí)例1 1)采用泡沫鎳為基底，利用PECVD設(shè)備，在氫氣氛圍中升溫至800°C，升溫速率為 20°C/min，當(dāng)?shù)竭_(dá)該溫度后，通入甲烷氣體，使甲烷與氫氣配比為1 8，總壓強(qiáng)控制在4 托；2)在PECVD設(shè)備中，完成步驟1)后，開啟射頻電源，射頻功率控制在200W，沉積時(shí)間為30min ；3)反應(yīng)結(jié)束后，繼續(xù)通氫氣至室溫；4)以0. IM Ni (NO3)2為電解液，以上述方法制備的石墨烯_泡沫鎳襯底材料中與等離子體環(huán)境接觸一側(cè)的表面作為與鉬片相對(duì)的工作電極，鉬片為對(duì)電極，飽和甘汞電極為參比電極，以-ImA/cm2的恒電流沉積氫氧化鎳，時(shí)間為12min。根據(jù)上述發(fā)明的舉例方法，可以制備出石墨碳襯底薄膜材料，該材料具有如下特征1)對(duì)通過(guò)上述發(fā)明所用方法得到的樣品進(jìn)行掃描電子顯微鏡(SEM)觀察，可以發(fā)現(xiàn)碳膜的透明度很高，且連續(xù)、規(guī)整。2)對(duì)通過(guò)上述發(fā)明所用方法得到的樣品進(jìn)行透射電鏡(TEM)及選區(qū)電子衍射 (SAED)觀察，薄膜具有極高的透明度和規(guī)整性，其衍射花樣與石墨碳相吻合。3)對(duì)通過(guò)上述發(fā)明所用方法得到的樣品進(jìn)行拉曼分析，發(fā)現(xiàn)其D峰(約為 1350CHT1拉曼位移出)和2D峰(約為2700cm-1拉曼位移處)均沒有肩峰存在，G峰的峰位位于與石墨烯結(jié)構(gòu)相匹配的1587CHT1處，證明有石墨烯存在，且ID/Ie比值極小，表面石墨烯襯底的缺陷少，質(zhì)量高。根據(jù)上述發(fā)明的舉例方法，可以實(shí)現(xiàn)石墨烯-氫氧化鎳電極的原位復(fù)合，該材料具有如下特征1)對(duì)通過(guò)上述發(fā)明所用方法得到的復(fù)合電極進(jìn)行掃描電子顯微鏡(SEM)觀察，發(fā)現(xiàn)沉積的氫氧化鎳定向生長(zhǎng)，且均勻地分布在基底表面上；2)對(duì)通過(guò)上述發(fā)明所用方法得到的復(fù)合電極進(jìn)行TEM及SAED分析，發(fā)現(xiàn)絮狀的氫氧化鎳均勻地分布在了碳材料的基底上，選區(qū)電子衍射花樣與d相的氫氧化鎳及石墨碳相吻合，表明兩種材料實(shí)現(xiàn)了良好的復(fù)合；3)對(duì)通過(guò)上述發(fā)明所用方法得到復(fù)合電極進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試，電解液為IM KOH溶液，鉬片作為對(duì)電極，參比電極選用飽和甘汞電極(其它實(shí)施實(shí)例中測(cè)試方法與之相同)。 在循環(huán)伏安測(cè)試(CV)下，5mV/s掃描速度時(shí)，比電容可以達(dá)到1577F/g ；在充放電(CD)測(cè)試下，3A/g電流密度時(shí)，比電容能夠達(dá)到1563F/g，在60A/g的大電流密度下進(jìn)行充放電測(cè)試， 其比電容為869F/g，并能夠在循環(huán)700次后保持93 %。實(shí)施實(shí)例2:1)采用泡沫鎳為基底，利用PECVD設(shè)備，在氫氣氛圍中升溫至800°C，升溫速率為20°C /min,當(dāng)?shù)竭_(dá)該溫度后，通入甲烷氣體，使甲烷與氫氣配比為1比8，總壓強(qiáng)控制在 4Torr ；2)在PECVD設(shè)備中，完成步驟1)后，開啟射頻電源，射頻功率控制在200W，沉積時(shí)間為30min ；3)反應(yīng)結(jié)束后，繼續(xù)通氫氣至室溫；4)以0. IM Ni (NO3)2為電解液，以上述方法制備的石墨烯_泡沫鎳襯底材料中與 PECVD反應(yīng)室載物臺(tái)接觸一側(cè)(即與等離子體環(huán)境不相接觸的一側(cè))的表面作為與鉬片相對(duì)的工作電極，鉬片為對(duì)電極，飽和甘汞電極為參比電極，以-ImA/cm2的恒電流沉積氫氧化鎳，時(shí)間為12min。對(duì)通過(guò)上述發(fā)明所用方法得到復(fù)合電極進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試，在CV測(cè)試下，5mV/s掃描速度時(shí)，比電容可以達(dá)到1918F/g ；在60A/g的大電流密度下進(jìn)行CD測(cè)試，其比電容為 1006F/g，并能夠在循環(huán)300次后保持86%。實(shí)施實(shí)例3 1)采用泡沫鎳為基底，利用PECVD設(shè)備，在氫氣氛圍中升溫至800°C，升溫速率為 20°C/min，當(dāng)?shù)竭_(dá)該溫度后，通入甲烷氣體，使甲烷與氫氣配比為1 8，總壓強(qiáng)控制在4 托；
2)在PECVD設(shè)備中，完成步驟1)后，開啟射頻電源，射頻功率控制在200W，沉積時(shí)間為30min ；3)反應(yīng)結(jié)束后，繼續(xù)通氫氣至室溫；4)以0. IM Ni (NO3)2為電解液，以上述方法制備的石墨烯_泡沫鎳襯底材料為工作電極，鉬片為對(duì)電極，飽和甘汞電極為參比電極，以-4mA/cm2的恒電流沉積氫氧化鎳，時(shí)間為3min。根據(jù)上述發(fā)明的舉例方法，可以實(shí)現(xiàn)石墨烯-氫氧化鎳電極的原位復(fù)合，該材料具有如下特征對(duì)通過(guò)上述發(fā)明所用方法得到的復(fù)合電極進(jìn)行TEM及SAED分析，發(fā)現(xiàn)絮狀的氫氧化鎳均勻地分布在了碳材料的基底上，表明兩種材料實(shí)現(xiàn)了良好的復(fù)合；對(duì)通過(guò)上述發(fā)明所用方法得到復(fù)合電極進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試，在循環(huán)伏安測(cè)試下， 5mV/s掃描速度時(shí)，比電容可以達(dá)到1462F/g。
權(quán)利要求
1.一種制備超級(jí)電容器用石墨烯-氫氧化鎳復(fù)合電極材料的方法，其特征在于，是通過(guò)等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法制備石墨烯襯底薄膜材料，再通過(guò)電化學(xué)沉積的方法復(fù)合氫氧化鎳活性材料，實(shí)現(xiàn)石墨烯-氫氧化鎳的原位-零添加復(fù)合，該方法主要包括以下步驟步驟A 利用PECVD技術(shù)，在作為超級(jí)電容器集電極的基底材料即石墨烯薄膜的載體上沉積石墨烯薄膜；步驟B 將步驟A中制備的集電極-石墨烯襯底材料置于電解池中，以硝酸鎳溶液為電解液，所制備的石墨烯襯底材料為工作電極，鉬片為對(duì)電極，飽和甘汞電極作為參比電極， 進(jìn)行電化學(xué)沉積氫氧化鎳；步驟C:控制電化學(xué)沉積的溫度、時(shí)間及沉積電流或電位，在石墨烯基體上制備氫氧化鎳，從而得到復(fù)合電極材料。
2.如權(quán)利要求書1所述的一種制備超級(jí)電容器用石墨烯-氫氧化鎳復(fù)合電極材料的方法，其特征在于，在步驟A中，所制備的石墨烯薄膜，采用PECVD技術(shù)制備，反應(yīng)的前軀體為碳源氣體和氫氣，在基底材料上原位生長(zhǎng)石墨烯薄膜材料。
3.如權(quán)利要求書1所述的一種制備超級(jí)電容器用石墨烯-氫氧化鎳復(fù)合電極材料的方法，其特征在于，在步驟A中沉積石墨烯薄膜所用基底，選自包括泡沫鎳、鎳片金屬材料， 同時(shí)作為超級(jí)電容器的集電極使用，沉積過(guò)程中所用保護(hù)氣體優(yōu)選氫氣還原性氣體，流速 10-20sccm, sccm為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)毫升每分，壓強(qiáng)在100-2001 范圍；氣相沉積過(guò)程中反應(yīng)氣體為碳源氣體，優(yōu)選甲烷。
4.如權(quán)利要求書1所述的一種制備超級(jí)電容器用石墨烯-氫氧化鎳復(fù)合電極材料的方法，其特征在于，在步驟A中，反應(yīng)溫度在700-800°C之間，當(dāng)?shù)竭_(dá)反應(yīng)溫度后即通入烴類氣體并進(jìn)行射頻等離子體反應(yīng)，射頻功率在150-200W之間，反應(yīng)時(shí)間控制在30-40min范圍。
5.如權(quán)利要求書1所述的一種制備超級(jí)電容器用石墨烯-氫氧化鎳復(fù)合電極材料的方法，其特征在于，在步驟B的電化學(xué)沉積階段，所選用的工作電極來(lái)自于PECVD方法所制備的含碳基底，即化學(xué)氣相沉積生長(zhǎng)的碳材料，以石墨烯薄膜為主的泡沫鎳等碳材料載體，硝酸鎳溶液的濃度在0. I-IM之間，M,為每升溶液含有的溶質(zhì)物質(zhì)的摩爾數(shù)，電化學(xué)沉積過(guò)程優(yōu)選恒電流陰極沉積，沉積電流密度優(yōu)選l-4mA/cm2，沉積時(shí)間控制在3-12min。
6.如權(quán)利要求書1所述的一種制備超級(jí)電容器用石墨烯-氫氧化鎳復(fù)合電極材料的方法，其特征在于，在步驟C的電化學(xué)階段，氫氧化鎳與石墨烯的結(jié)合無(wú)需粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑，溫度優(yōu)選室溫。
7.如權(quán)利要求書6所述的一種制備超級(jí)電容器用石墨烯-氫氧化鎳復(fù)合電極材料的方法，其特征在于，所制備復(fù)合電極材料全過(guò)程中不進(jìn)行任何粘結(jié)處理、物質(zhì)添加以及包括退火后續(xù)操作。
全文摘要
一種制備超級(jí)電容器用石墨烯-氫氧化鎳復(fù)合電極材料的方法，是通過(guò)在等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積反應(yīng)設(shè)備中通過(guò)碳源氣體、氫氣的化學(xué)氣相沉積，制備出石墨烯襯底薄膜材料，再通過(guò)電化學(xué)沉積氫氧化鎳的方法實(shí)現(xiàn)石墨烯原位生長(zhǎng)-氫氧化鎳零添加復(fù)合，通過(guò)此方法制備的復(fù)合電極材料比電容最高可達(dá)1918F/g，并在大電流充放電循環(huán)數(shù)百次后仍能保持80％以上。該方法簡(jiǎn)單有效，降低了生產(chǎn)成本的同時(shí)兼具有優(yōu)異的電化學(xué)性能，有望用于能源存儲(chǔ)用超級(jí)電容器中作為正極材料，提高電極材料的整體性能，為混合能源動(dòng)力等領(lǐng)域的發(fā)展擴(kuò)寬了道路。
文檔編號(hào)H01G9/042GK102354609SQ20111024178
公開日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月23日
發(fā)明者王欣, 王雅玉, 鄭偉濤, 閆寶玉 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)