复合材料、薄膜电极和超级电容器制备制造技术

公开了制备复合材料的方法、制备薄膜电极的方法、制备超级电容器的方法以及由所述方法得到的复合材料、薄膜电极和超级电容器。

【技术实现步骤摘要】
复合材料、薄膜电极和超级电容器制备
本申请涉及材料科学领域。
技术介绍
碳复合材料具有广泛的应用，在众多领域包括电极、电池和电容器等领域是最重要的基本材料。超级电容器(supercapacitors)，亦称为电化学电容器(electrochemicalcapacitors，ECs)，其工作原理是在电极与电解液界面形成空间电荷层(双电层)，依靠双电层存储电荷，积蓄能量。超级电容器具有良好的脉冲性能和大容量储能性能，能瞬间大电流充放电，质量轻，是一种新型绿色环保的储能装置。因而在许多场合具有独特的应用优势。超级电容器可用作电脑、录相机、计时器等的备用电源，也可用于需用连发、强流脉冲电能的高新技术武器，如激光武器、电炮等。超级电容器也称双电层电容器。作为一种新型的储能装置，电化学电容器类似于可充电电池，但具有更高的比功率和更长的循环寿命。电极材料是影响超级电容器的重要因素，碳电极电容器的研究历史较长。近年来研究主要集中在提高碳材料的比表面积和控制碳材料的孔径及孔径分布，并开发出许多不同类型的碳材料，主要有：活性碳粉、活性炭纤维、碳气凝胶、碳纳米管等。但是多孔碳材料虽然可以得到比较高的比电容，但是导电能力低，且其较低的比功率限制了其作为超级电容器的应用。尽管碳纳米管的导电以及各方面能力优越，但是其高的接触电阻，以及昂贵的集电极也限制了其应用。
技术实现思路
一方面，本申请涉及制备复合材料的方法，其包括：a)提供氧化石墨烯和；b)还原氧化石墨烯，以提供还原的石墨烯；以及c)将所述还原的石墨烯与活性炭和聚四氟乙烯混合，以得到所述复合材料。另一方面，本申请涉及制备薄膜电极的方法，其包括：a)提供氧化石墨烯；b)还原所述氧化石墨烯，以提供还原的石墨烯；c)将所述还原的石墨烯与活性炭和聚四氟乙烯混合，以得到复合材料；任选地，加入溶剂或其他分散剂以得到混合充分的复合材料；d)将所述复合材料烘干，以得到固体粉末；以及e)将步骤c)中所述的复合材料或步骤d)中所述的固体粉末压制在集流板上，以得到所述薄膜电极。再一方面，本申请涉及制备超级电容器的方法，其包括：a)提供氧化石墨；b)还原所述氧化石墨烯，以提供还原的石墨烯；c)将所述还原的石墨烯与活性炭和聚四氟乙烯混合，以得到复合材料；任选地，加入溶剂或其他分散剂以得到混合充分的复合材料；d)将所述复合材料烘干，以得到固体粉末；e)将步骤c)中所述的复合材料或步骤d)中所述的固体粉末压制在集流板上，以得到薄膜电极；以及f)将所述薄膜电极封装，以得到所述超级电容器。又一方面，本申请涉及复合材料，其由以下方法制备：a)提供氧化石墨烯；b)还原所述氧化石墨烯，以提供还原的石墨烯；以及c)将所述还原的石墨烯与活性炭和聚四氟乙烯混合，以得到所述复合材料。再一方面，本申请涉及薄膜电极，其由以下方法制备：a)提供氧化石墨烯；b)还原所述氧化石墨烯，以提供还原的石墨烯；c)将所述还原的石墨烯与活性炭和聚四氟乙烯混合，以得到复合材料；任选地，加入溶剂或其他分散剂以得到混合充分的复合材料；d)将所述复合材料烘干，以得到固体粉末；以及e)将步骤c)中所述的复合材料或步骤d)中所述的固体粉末压制在集流板上，以得到所述薄膜电极。其他方面，本申请涉及超级电容器，其由以下方法制备：a)提供氧化石墨烯；b)还原所述氧化石墨烯，以提供还原的石墨烯；c)将所述还原的石墨烯与活性炭和聚四氟乙烯混合，以得到复合材料；任选地，加入溶剂或其他分散剂以得到混合充分的复合材料；d)将所述复合材料烘干，以得到固体粉末；e)将步骤c)中所述的复合材料或步骤d)中所述的固体粉末压制在集流板上，以得到薄膜电极；以及f)将所述薄膜电极封装，以得到所述超级电容器。附图说明图1为本申请一实施方案中的超级电容器的结构。图2为本申请的实施例1中制备的超级电容器的恒电流充放电曲线。图3为本申请的实施例2中制备的超级电容器的恒电流充放电曲线。图4为本申请的实施例3中制备的超级电容器的恒电流充放电曲线。图5为本申请的实施例4中制备的超级电容器的恒电流充放电曲线。图6为本申请的实施例5中制备的超级电容器的恒电流充放电曲线。图7为实施例1中氧化石墨烯原子力显微镜图(1.0mg/ml水溶液)。详述在以下的说明中，包括某些具体的细节以对各个公开的实施方案提供全面的理解。然而，相关领域的技术人员会认识到，不采用一个或多个这些具体的细节，而采用其它方法、部件、材料等的情况下可实现实施方案。除非本申请中另外要求，在整个说明书和其后的权利要求书中，词语“包括”和“包含”应解释为开放式的、含括式的意义，即“包括但不限于”。在整个本说明书中提到的“一实施方案”或“实施方案”或“在另一实施方案中”或“在某些实施方案中”意指在至少一实施方案中包括与该实施方案所述的相关的具体参考要素、结构或特征。因此，在整个说明书中不同位置出现的短语“在一实施方案中”或“在实施方案中”或“在另一实施方案中”或“在某些实施方案中”不必全部指同一实施方案。此外，具体要素、结构或特征可以任何适当的方式在一个或多个实施方案中结合。定义在本申请中，术语“石墨烯(graphene)”系指其分子骨架由六角形晶格排列的碳原子组成的单层或多层片状结构，其中单片片层厚度在0.34nm-2nm之间分布，多片厚度在2-100nm之间，其片大小在10nm2到400μm2之间分布。在本申请中，石墨烯包括上述石墨烯经过化学或物理处理获得的功能化石墨材料，包括可溶性石墨烯材料或经过退火处理的或经过还原的石墨烯材料。具体实施方式一方面，本申请涉及制备复合材料的方法，其包括：a)提供氧化石墨烯；b)还原所述氧化石墨烯，以提供还原的石墨烯；以及c)将所述还原的石墨烯与活性炭和聚四氟乙烯混合，以得到所述复合材料。在某些实施方案中，所述氧化石墨烯是单层氧化石墨烯。在某些实施方案中，所述氧化石墨烯是可溶性氧化石墨烯。在某些实施方案中，所述氧化石墨烯是水溶性氧化石墨烯。在某些实施方案中，所述氧化石墨烯是可溶性单层氧化石墨烯。在某些实施方案中，所述氧化石墨烯是水溶性单层氧化石墨烯。在某些实施方案中，所述氧化石墨烯包括经过退火处理的氧化石墨烯。在某些实施方案中，所述氧化石墨烯包括单层氧化石墨烯和经过退火处理的氧化石墨烯。在某些实施方案中，所述氧化石墨烯包括可溶性氧化石墨烯和经过退火处理的氧化石墨烯。在某些实施方案中，所述氧化石墨烯包括水溶性氧化石墨烯和经过退火处理的氧化石墨烯。在某些实施方案中，所述氧化石墨烯包括可溶性单层氧化石墨烯和经过退火处理的氧化石墨烯。在某些实施方案中，所述氧化石墨烯包括水溶性单层氧化石墨烯和经过退火处理的氧化石墨烯。在某些实施方案中，使用水合肼溶液还原所述氧化石墨烯。在某些实施方案中，使用质量分数为80％的水合肼溶液还原所述氧化石墨烯。在某些实施方案中，所述还原的石墨烯、活性炭和聚四氟乙烯的质量比为0.5-40∶50-89∶0.5-15.5。在某些实施方案中，所述还原的石墨烯、活性炭和聚四氟乙烯的质量比为1-40∶50-89∶10。在某些实施方案中，所述还原的石墨烯、活性炭和聚四氟乙烯的质量比为5∶85∶10。在某些实施方案中，所述还原的石墨烯、活性炭和聚四氟乙烯的质量比为1∶89∶10。在某些实施方案中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.制备复合材料的方法，其包括：a)提供氧化石墨烯；b)还原所述氧化石墨烯，以提供还原的石墨烯；以及c)将所述还原的石墨烯与活性炭和聚四氟乙烯混合，以得到所述复合材料；其中所述还原的石墨烯、活性炭和聚四氟乙烯的质量比为0.5-40:50-89:0.5-15.5。2.如权利要求1所述的方法，其中所述还原的石墨烯占所述复合材料的0.5-40％质量比。3.如权利要求1所述的方法，其中所述氧化石墨烯包括经过退火处理的氧化石墨烯。4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述氧化石墨烯为可溶性氧化石墨烯。5.如权利要求4所述的方法，其中所述可溶性氧化石墨烯为水溶性氧化石墨烯。6.如权利要求1所述的方法，其中使用水合肼溶液还原所述氧化石墨烯。7.如权利要求6所述的方法，其中使用质量分数为80％的水合肼溶液。8.如权利要求1所述的方法，其还包括将所述复合材料烘干，以得到固体粉末的步骤。9.制备薄膜电极的方法，其包括：a)提供氧化石墨烯；b)还原所述氧化石墨烯，以提供还原的石墨烯；c)将所述还原的石墨烯与活性炭和聚四氟乙烯混合，以得到复合材料，其中所述还原的石墨烯、活性炭和聚四氟乙烯的质量比为0.5-40:50-89:0.5-15.5；d)将所述复合材料烘干，以得到固体粉末；以及e)将步骤c)中所述的复合材料或步骤d)中所述的固体粉末压制在集流板上，以得到所述薄膜电极。10.如权利要求9所述的方法，其中在所述步骤c)中，加入溶剂或其他分散剂以得到混合充分的复合材料。11.如权利要求9所述的方法，其中所述还原的石墨烯占所述复合材料的0.5-40％质量比。12.如权利要求9至11中任一项所述的方法，其中所述氧化石墨烯包括经过退火处理的氧化石墨烯。13.如权利要求9至11中任一项所述的方法，其中所述集流板为泡沫镍或铝集流板。14.制备超级电容器的方法，其包括：a)提供氧化石墨烯；b)还原所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈永胜，王燕，解敏雨，
申请(专利权)人：天津普兰纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：