本发明专利技术涉及一种3D石墨烯化碳-铅电池及其制备方法，制备方法包括以石墨纸和含碳导电胶为原料，在石墨纸的一面涂覆一层含碳导电胶，烘干固化，形成石墨纸与含碳导电胶层复合的电极材料；石墨纸的另一面分为极耳区、电池反应区以及其余部分作为第三区，将第三区涂覆疏水胶进行封闭固化；将电池反应区进行石墨烯化处理，制成石墨烯化碳电极；以制成的石墨烯化碳电极作为正极，纯铅板或含有硫酸铅的铅极板为负极，AGM或含硅粉的AGM板为隔膜，注入硫酸水溶液组装成3D石墨烯化碳-铅电池。该发明专利技术的优点为:制得高比容量碳正极和高比能量的碳-铅电池；原料来源广泛、成本低廉、制备方法简捷环保；产品性能稳定可控，适合工业化生产。适合工业化生产。适合工业化生产。
【技术实现步骤摘要】
一种3D石墨烯化碳-铅电池及其制备方法
[0001]本专利技术涉及石墨烯碳材料应用于电池或电容化学储能
，具体地说，本专利技术涉及一种3D石墨烯化碳-铅电池及其制备方法。
技术介绍
[0002]石墨烯(Graphene)是继富勒烯、碳纳米管之后一种新近为人类所认识的碳元素的同素异形体。石墨烯是一种碳原子以sp2杂化轨道成键，以六元环结构形成的单层二维蜂窝状晶格结构的碳材料。石墨烯的这种独特的结构给它带来了一系列新颖、特殊的性质，比如无色透明(吸收光强度仅为2.3％)、导电率高(单层石墨烯导电率与铜相近)、力学性能优异(抗拉强度可达50～200GPa，弹性模量可达1TPa，单层石墨烯的抗拉强度是同等厚度钢片的100倍)、超大的比表面积(1mm厚度的石墨颗粒具有300多万张石墨烯)。以上特性使得石墨烯在超级电容、化学电池等储能领域具有广阔的应用前景。但是，石墨烯直接用于储能领域生产实践中还存在许多局限，没有完全发挥石墨烯超大比表面、高导电等特性，没能显著提高化学储能器件比容量、比能量等关键技术的性能指标，因此石墨烯储能器件的制备及其应用研究已成为近年来科学研究中的热点。
[0003]石墨烯储能器件的制备方法归纳起来，主要有：氧化石墨烯溶胶薄膜制备超级电容法和石墨烯浆料混合电池活性材料制备石墨烯基电池法等。
[0004]其中，氧化石墨烯溶胶薄膜制备超级电容法是将氧化石墨烯从悬浮液中分离出来形成氧化石墨或其混合物溶胶，再将氧化石墨进行还原或与相关的添加物混合形成薄膜贴合到集流体上制成超级电容极片。虽然采用该方法可以制备出较高比容量的超级电容电极，但该方法原料昂贵，制备过程耗时严重，无法实现大规模生产。
[0005]石墨烯浆料混合电池活性材料制备石墨烯基电池法是将石墨烯或氧化石墨烯与电池活性材料分散于溶液中，通过搅拌或超声使其均匀混合，然后干燥石墨烯或氧化石墨烯复合的电池活性材料，再通过热处理最终获得石墨烯改性的电池电极的活性材料。该方法可以制得性能比原电池有所提高的石墨烯改性的电池电极的活性材料，但是石墨烯的高导电性和高比表面特性没有得到充分发挥，所以电池的比容量及比能量关键性能没有获得显著的提升。
[0006]综上所述，目前石墨烯在化学储能应用领域的技术还不能满足制备方法简单、成本低廉、产品性能稳定可控等工业化基本要求，尤其不能充分发挥石墨烯高导电、高比表面等优异特性，因此，极大的限制了石墨烯在化学储能领域更广泛的产业化应用。
技术实现思路
[0007]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种3D石墨烯化碳-铅电池的制备方法。
[0008]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0009]一种3D石墨烯化碳-铅电池制备方法，以石墨纸和含碳导电胶为原料，在石墨纸的
一面涂覆一层含碳导电胶，烘干固化，形成石墨纸与含碳导电胶层复合的电极材料；石墨纸的另一面分为极耳区、电池反应区以及其余部分作为第三区，将第三区涂覆疏水胶进行封闭固化；将电池反应区进行石墨烯化处理，制成石墨烯化碳电极；以制成的石墨烯化碳电极作为正极，纯铅板或含有硫酸铅的铅极板为负极，AGM或含硅粉的AGM板为隔膜，注入硫酸水溶液组装成3D石墨烯化碳-铅电池。
[0010]进一步地，所述含碳导电胶中的碳包括石墨粉、碳纳米管、石墨烯粉体，所述含碳导电胶层中的胶包括有机或无机的疏水或亲水胶。
[0011]进一步地，所述石墨烯化处理包括先进行微机械处理，再进行电化学膨胀处理或CV扫描处理。
[0012]进一步地，所述的微机械化处理是用胶带对电极电池反应区的石墨反复粘贴1-100次，直到与含碳导电胶层结合不牢的石墨被去除，留在导电胶层上的石墨部分石墨烯化。
[0013]作为优选，所述的电化学膨胀处理是将电池反应区的石墨部分作为正极，1M-20M的硫酸溶液为电解质溶液，对电极为碳电极、铂电极或铅电极等，通直流电电压为0.1V-30V；电流0.1mA/cm
2-1000mA/cm2；时间1s-3600s，表面石墨脱落，留在导电胶层上的石墨部分石墨烯化。
[0014]作为优选方案，所述的CV扫描处理是将电池反应区的石墨部分作为正极，1M-20M的硫酸溶液为电解质溶液，对电极为碳电极、铂电极或铅电极等，参比电极为硫酸亚汞电极，CV扫描对硫酸亚汞电极电压为0V-2V；扫描速率为0.1*10-9-10*10-8
V/S；扫描圈数1-100，表面石墨脱落，留在导电胶层上的石墨部分石墨烯化。
[0015]作为优选，所述将电池反应区进行石墨烯化处理之后，还包括将电池反应区作为电池正极阳极氧化化成，形成容量，制成石墨烯化碳正极；所述氧化化成包括三电极阳极氧化化成或二电极阳极氧化化成。
[0016]作为优选，制成石墨烯化碳正极已经部分石墨烯化和被氧化为氧化石墨烯或导电碳氢氧化合物，具有电池或电容的储电容量达0.1mAh/cm2以上；在1M-10M硫酸溶液中相对于标准氢电极的电极电势为0V-3V。
[0017]作为优选，所述三电极阳极氧化化成法,将导电胶层上留有部分石墨烯化的碳电极作为电池工作正极，1M-20M的硫酸溶液为电解质溶液，对电极负极为碳电极、铂电极或铅电极等，参比电极为硫酸亚汞电极，相对于硫酸亚汞电极，通直流电充电，电压为0.1V-30V，电流0.1mA/cm
2-1000mA/cm2，时间1s-3600s，恒流放电电流0.1mA/cm
2-1000mA/cm2，放电终止电压0V到-1V，充放电循环1-1000次。
[0018]作为优选，所述二电极阳极氧化化成法，是将导电胶层上留有部分石墨烯化的碳电极作为电池正极，1M-20M的硫酸溶液为电解质溶液，对电极负极为碳电极或铅电极等，AGM隔膜，通直流电充电，电压为0.1V-30V，电流0.1mA/cm
2-1000mA/cm2，时间1s-3600s，恒流放电电流0.1mA/cm
2-1000mA/cm2，放电终止电压0V到-1V，充放电循环1-1000次。
[0019]本专利技术还包括一种3D石墨烯化碳-铅电池，由上述制备方法制备而得，包括二电极3D石墨烯化碳-铅电池或三电极3D石墨烯化碳-铅电池。
[0020]作为优选，二电极3D石墨烯化碳-铅电池，3D石墨烯化碳为正极，1M-10M硫酸溶液为电池电解质溶液，AGM或含硅粉AGM为电池隔板，铅板或含硫酸铅、铅粉组成铅膏为负极组
装成的电池，放电电压平台0V-3V，包含1-5个电压平台。
[0021]作为优选，三电极3D石墨烯化碳-铅电池，3D石墨烯化碳为正极，1M-10M硫酸溶液为电池电解质溶液，AGM或含硅粉AGM为电池隔板，对电极负极为铅电极或含硫酸铅膏的铅负极，参比电极为硫酸亚汞电极，通直流电充电相对于硫酸亚汞电极，恒电流1-15mA充电达1-2.5V，恒电压1-2.5V充电1-600min，放电终止电压-1V到1V，放电电压平台-0.6V到2.3V。
[0022]与现有技术相比，本发本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种3D石墨烯化碳-铅电池制备方法，其特征在于，以石墨纸和含碳导电胶为原料，在石墨纸的一面涂覆一层含碳导电胶，烘干固化，形成石墨纸与含碳导电胶层复合的电极材料；石墨纸的另一面分为极耳区、电池反应区以及其余部分作为第三区，将第三区涂覆疏水胶进行封闭固化；将电池反应区进行石墨烯化处理，制成石墨烯化碳电极；以制成的石墨烯化碳电极作为正极，纯铅板或含有硫酸铅的铅极板为负极，AGM或含硅粉的AGM板为隔膜，注入硫酸水溶液组装成3D石墨烯化碳-铅电池。2.如权利要求1所述的3D石墨烯化碳-铅电池制备方法，其特征在于，所述含碳导电胶层中的碳包括石墨粉、碳纳米管、石墨烯粉体，所述含碳导电胶中的胶包括有机或无机的疏水或亲水胶。3.如权利要求1所述的3D石墨烯化碳-铅电池制备方法，其特征在于，所述石墨烯化处理包括先进行微机械处理，再进行电化学膨胀处理或CV扫描处理。4.如权利要求3所述的3D石墨烯化碳-铅电池制备方法，其特征在于，所述的微机械化处理是用胶带对电极电池反应区的石墨反复粘贴1-100次，直到与含碳导电胶层结合不牢的石墨被去除，留在导电胶层上的石墨部分石墨烯化。5.如权利要求4所述的3D石墨烯化碳-铅电池制备方法，其特征在于，所述的电化学膨胀处理是将电池反应区的石墨部分作为正极，1M-20M的硫酸溶液为电解质溶液，对电极为碳电极、铂电极或铅电极等，通直流电电压为0.1V-30V；电流0.1mA/cm
2-1000mA/cm2；时间1s-3600s，表面石墨脱落，留在导电胶层上的石墨部分石墨烯化；所述的CV扫描处理是将电池反应区的石墨部分作为正极，1M-20M的硫酸溶液为电解质溶液，对电极为碳电极、铂电极或铅电极等，参比电极为硫酸亚汞电极，CV扫描对硫酸亚汞电极电压为0V-2V；扫描速率为0.1*10-9-10*10-8
V/S；扫描圈数1-100，表面石墨脱落，留在导电胶层上的石墨部分石墨烯化。6.如权利要求5所述的3D石墨烯化碳-铅电池制备方法，其特征在于，所述将电池反应区进行石墨烯化处理之后，还包括将电池反应区作为电池正极阳极氧化化成，形成容量，制成石墨烯化碳正极；所述氧化化成包括三电极阳极氧化化成或二电极阳极氧化...
【专利技术属性】
技术研发人员：王坚，金叶，沈浩，焦昌梅，黄兵，
申请(专利权)人：盐城市新能源化学储能与动力电源研究中心，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。