CN102637468B - 复合材料、薄膜电极和超级电容器制备 - Google Patents
复合材料、薄膜电极和超级电容器制备 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102637468B CN102637468B CN201110039231.XA CN201110039231A CN102637468B CN 102637468 B CN102637468 B CN 102637468B CN 201110039231 A CN201110039231 A CN 201110039231A CN 102637468 B CN102637468 B CN 102637468B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- graphene
- composite
- graphene oxide
- methods
- reduction
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 76
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims abstract description 54
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 45
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 285
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 174
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 75
- 229950000845 politef Drugs 0.000 claims description 52
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 28
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical group [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 17
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 16
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 15
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 14
- NWZSZGALRFJKBT-KNIFDHDWSA-N (2s)-2,6-diaminohexanoic acid;(2s)-2-hydroxybutanedioic acid Chemical compound OC(=O)[C@@H](O)CC(O)=O.NCCCC[C@H](N)C(O)=O NWZSZGALRFJKBT-KNIFDHDWSA-N 0.000 claims description 12
- IKDUDTNKRLTJSI-UHFFFAOYSA-N hydrazine monohydrate Substances O.NN IKDUDTNKRLTJSI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 239000002270 dispersing agent Substances 0.000 claims description 10
- 239000006260 foam Substances 0.000 claims description 10
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 10
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 8
- 229910019785 NBF4 Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 6
- 150000003863 ammonium salts Chemical class 0.000 claims description 6
- 239000001117 sulphuric acid Substances 0.000 claims description 6
- 235000011149 sulphuric acid Nutrition 0.000 claims description 6
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 5
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 19
- 239000010408 film Substances 0.000 description 16
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 description 15
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 9
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 6
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 6
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 6
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 6
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 5
- -1 Graphite alkene Chemical class 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 4
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 239000013550 soluble monolayer Substances 0.000 description 4
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 2
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 239000004966 Carbon aerogel Substances 0.000 description 1
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 1
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004630 atomic force microscopy Methods 0.000 description 1
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003610 charcoal Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000004299 exfoliation Methods 0.000 description 1
- 239000007770 graphite material Substances 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical class C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
Landscapes
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
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。
Description
技术领域
本申请涉及材料科学领域。
背景技术
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。
发明内容
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，所述还原的石墨烯、活性炭和聚四氟乙烯的质量比为10∶80∶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20∶70∶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40∶50∶10。
在某些实施方案中，所述方法还包括将所述复合材料烘干，以得到固体粉末的步骤。
在某些实施方案中，所述氧化石墨烯占所述复合材料的0.5-40％重量比。
在某些实施方案中，在氩气保护下，还原的氧化石墨烯材料，以3℃/min的升温速率，上升到400℃，保持3个小时，自然降温，从而得到所述经过退火处理的石墨烯。
在某些实施方案中，在封闭的干燥器中使用水合肼溶液还原氧化石墨烯。
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。
在某些实施方案中，所述集流板为泡沫镍或铝集流板。
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。
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。
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，封装所述薄膜电极时还封装了隔膜和电解质。
适用于本申请的隔膜的示例性实例包括但不限于为多孔隔膜。
适用于本申请的多孔膜的示例性实例包括但不限于亲水性多孔隔膜和绝缘性多孔隔膜。
适用于本申请的电解质的示例性实例包括但不限于氢氧化钾(KOH)溶液、硫酸(H2SO4)溶液和四乙基氟硼酸铵盐(Et4NBF4)。
在某些实施方案中，使用5-30％重量比的氢氧化钾(KOH)溶液。
在某些实施方案中，使用5-30％重量比的硫酸(H2SO4)溶液。
在某些实施方案中，使用5-30％重量比的四乙基氟硼酸铵盐(Et4NBF4)。
在某些实施方案中，所述可溶性单层氧化石墨烯占所述复合材料的0.5-40％重量比。
在某些实施方案中，所述复合材料占所述集流板的2-30％重量比。
在某些实施方案中，所述薄膜电极的面积为1cm2-2000cm2。
在某些实施方案中，所述薄膜电极的面积为2cm2-1000cm2。
在某些实施方案中，所述薄膜电极的面积为4cm2-100cm2。
在某些实施方案中，所述薄膜电极的形状为圆形。
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。
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，所述还原的石墨烯、活性炭和聚四氟乙烯的质量比为10∶80∶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20∶70∶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40∶50∶10。
在某些实施方案中，所述氧化石墨烯占所述复合材料的1-40％重量比。
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。
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。
在某些实施方案中，所述集流板为泡沫镍或铝集流板。
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，所述还原的石墨烯、活性炭和聚四氟乙烯的质量比为10∶80∶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20∶70∶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40∶50∶10。
在某些实施方案中，所述氧化石墨烯占所述复合材料的0.5-40％重量比。
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。
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。
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，所述还原的石墨烯、活性炭和聚四氟乙烯的质量比为10∶80∶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20∶70∶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40∶50∶10。
在某些实施方案中，所述氧化石墨烯占所述复合材料的0.5-40％重量比。
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，所述集流板为泡沫镍或铝集流板。
在某些实施方案中，封装所述薄膜电极时还封装了隔膜和电解质。
适用于本申请的隔膜的示例性实例包括但不限于为多孔隔膜。
适用于本申请的多孔膜的示例性实例包括但不限于亲水性多孔隔膜和绝缘性多孔隔膜。
适用于本申请的电解质的示例性实例包括但不限于氢氧化钾(KOH)溶液、硫酸(H2SO4)溶液和四乙基氟硼酸铵盐(Et4NBF4)。
在某些实施方案中，使用5-30％重量比的氢氧化钾(KOH)溶液。
在某些实施方案中，使用5-30％重量比的硫酸(H2SO4)溶液。
在某些实施方案中，使用5-30％重量比的四乙基氟硼酸铵盐(Et4NBF4)。
在某些实施方案中，所述可溶性单层氧化石墨烯占所述复合材料的0.5-40％重量比。
在某些实施方案中，所述复合材料占所述集流板的2-30％重量比。
在某些实施方案中，所述薄膜电极的面积为1cm2-2000cm2。
在某些实施方案中，所述薄膜电极的面积为2cm2-1000cm2。
在某些实施方案中，所述薄膜电极的面积为4cm2-100cm2。
在某些实施方案中，所述薄膜电极的形状为圆形。
下文中，本发明将参照附图通过如下实施例进行详细解释以便更好地理解本发明的各个方面及其优点。然而，应当理解，以下的实施例是非限制性的而且仅用于说明本发明的某些实施方案。
实施例
实施例1
1)氧化石墨烯的制备
采用文献和专利中的各种方法均可，例如Evaluation ofSolution-ProcessedReduced Graphene Oxide Films as TransparentConductors，Héctor A.Becerril，JieMao，unfeng Liu，Randall M.Stoltenberg，Zhenan Bao，and Yongsheng Chen，AcsNano，2(3)，463-470(2008)；Size-Controlled Synthesis of Graphene Oxide Sheets onaLarge Scale Using Chemical Exfoliation，Long Zhang，Jiajie Liang，YiHuang，Yanfeng Ma，Yan Wang，Yongsheng Chen，Carbon，47，3365-3368(2009)。
2)还原的石墨烯的制备
本实施例中步骤1中得到的200mg干燥的氧化石墨烯材料置于培养皿中，用滤纸覆盖，放入干燥器中，在滤纸上滴加80％(质量分数)的水合肼溶液进行氧化石墨烯材料的还原反应，封闭干燥器，反应时间控制在72小时，得到还原的石墨烯材料。
3)石墨烯复合材料的制备
将还原的石墨烯材料、活性炭材料和聚四氟乙烯(PTFE)按照5∶85∶10的质量比例混合，在滴加蒸馏水的状态下将上述混合物搅拌至浆状，经过烘干后得到的固体粉末。
4)薄膜电极的制备
在一定压力下将上述石墨烯复合材料压制在集流板如泡沫镍集流板上，制成约为面积为0.1cm2到2000cm2的薄膜，通过剪裁即可获得所需要的面积以及形状的薄膜电极。
5)超级电容器制备
如图1所示，通过剪裁上述的薄膜电极，获得圆形电极片为约1cm2，其中活性物质质量约为7mg。将质量相近的两片薄膜电极片面对面放置，中间以亲水性多孔隔膜隔离，滴加30％重量比的KOH电解液后封装至扣式电池壳内即得超级电容器。其中1为聚丙烯隔膜，2为石墨烯复合材料，3为发泡镍集电极，2和3组成了薄膜电极。该实例中制备的超级电容器的比电容为120F/g，比功率为20.3kW/kg，能量密度达到16.6Wh/kg。
实施例2
将实施例1中得到的还原的石墨烯、活性炭和聚四氟乙烯(PTFE)按照1∶89∶10的质量比例混合，在滴加蒸馏水的状态下将上述混合物搅拌至浆状，经过烘干后得到的固体粉末在一定压力下压制在泡沫镍集流板上，制成约为面积为2cm2到的圆形薄膜电极片，活性物质质量约14mg。将质量相近的两片薄膜电极片面对面放置，中间以亲水性多孔隔膜隔离，滴加30％重量比的KOH电解液后封装至扣式电池壳内即得超级电容器。该实例中制备的超级电容器的比电容为115F/g，比功率为18.3kW/kg，能量密度达到13.2Wh/kg。
实施例3
将实施例1中得到的还原的石墨烯、活性炭和聚四氟乙烯(PTFE)按照10∶80∶10的质量比例混合，在滴加蒸馏水的状态下将上述混合物搅拌至浆状，经过烘干后得到的固体粉末在一定压力下压制在泡沫镍集流板上，制成约为面积为4cm2的圆形薄膜电极片，活性物质质量 约为28mg。将质量相近的两片薄膜电极片面对面放置，中间以亲水性多孔隔膜(聚丙烯薄膜)隔离，滴加5％重量比的KOH电解液后封装至扣式电池壳内即得超级电容器。该实例中制备的超级电容器的比电容125F/g，比功率为16.5kW/kg，能量密度达到17.4Wh/kg。
实施例4
将实施例1中得到的还原的石墨烯、活性炭和聚四氟乙烯(PTFE)按照20∶70∶10的质量比例混合，在滴加蒸馏水的状态下将上述混合物搅拌至浆状，经过烘干后得到的固体粉末在一定压力下压制在泡沫镍集流板上，制成约为面积为4cm2的圆形薄膜电极片，活性物质质量约为28mg。将质量相近的两片薄膜电极片面对面放置，中间以亲水性多孔隔膜隔离，滴加5％重量比的硫酸电解液后封装至扣式电池壳内即得超级电容器。该实例中制备的超级电容器的比电容为151F/g，比功率为23.2kW/kg，能量密度达到20.9Wh/kg。
实施例5
将实施例1中得到的还原的石墨烯、活性炭和聚四氟乙烯(PTFE)按照40∶50∶10的质量比例混合，在滴加蒸馏水的状态下将上述混合物搅拌至浆状，经过烘干后得到的固体粉末在一定压力下压制在泡沫镍集流板上，制成约为面积为4cm2的圆形薄膜电极片，活性物质质量约为28mg。将质量相近的两片薄膜电极片面对面放置，中间以亲水性多孔隔膜隔离，滴加30％重量比的硫酸电解液后封装至扣式电池壳内即得超级电容器。该实例中制备的超级电容器的比电容为129F/g，比功率为16.9kW/kg，能量密度达到17.9Wh/kg。
实施例6
将活性炭和聚四氟乙烯(PTFE)按照90∶10的质量比例混合，在滴加蒸馏水的状态下将上述混合物搅拌至浆状，经过烘干后得到的固体粉末在一定压力下压制在泡沫镍集流板上，制成约为面积为1cm2的圆形薄膜电极片，活性物质质量约为7mg。将质量相近的两片薄膜电 极片面对面放置，中间以亲水性多孔隔膜隔离，滴加30％重量比的硫酸电解液后封装至扣式电池壳内即得超级电容器。该实例中制备的超级电容器的比电容为97F/g，比功率为11.2kW/kg，能量密度达到13.4Wh/kg。
从前述中可以理解，尽管为了示例性说明的目的描述了本申请的具体实施方案，但是在不偏离本申请的精神和范围的条件下，本领域所述技术人员可以作出各种变形或改进。这些变形或修改都应落入本申请所附权利要求的范围。
Claims (28)
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；
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。
15.如权利要求14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。
16.如权利要求14所述的方法，其中还原的石墨烯占所述复合材料的0.5-40％质量比。
17.如权利要求14所述的方法，其中封装所述薄膜电极时还封装了隔膜和电解质。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述隔膜为多孔隔膜。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述多孔隔膜为亲水性多孔隔膜或绝缘性多孔隔膜。
20.如权利要求17-19中任一项所述的方法，其中所述电解质选自氢氧化钾(KOH)溶液、硫酸(H2SO4)溶液和四乙基氟硼酸铵盐(Et4NBF4)。
21.如权利要求20所述的方法，其中所述电解质选自5-30％质量比的氢氧化钾(KOH)溶液、5-30％质量比的硫酸(H2SO4)溶液和5-30％质量比的四乙基氟硼酸铵盐(Et4NBF4)。
22.如权利要求14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。
23.如权利要求14所述的方法，其中所述复合材料占所述集流板的2-30％质量比。
24.如权利要求14所述的方法，其中所述薄膜电极的面积为1cm2-2000cm2。
25.由权利要求1-8中任一项所述的方法得到的复合材料。
26.由权利要求9-13中任一项所述的方法得到的薄膜电极。
27.由权利要求14-24中任一项所述的方法得到的超级电容器。
28.如权利要求27所述的超级电容器，其中所述超级电容器为双电层的超级电容器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201110039231.XA CN102637468B (zh) | 2011-02-15 | 2011-02-15 | 复合材料、薄膜电极和超级电容器制备 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201110039231.XA CN102637468B (zh) | 2011-02-15 | 2011-02-15 | 复合材料、薄膜电极和超级电容器制备 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102637468A CN102637468A (zh) | 2012-08-15 |
| CN102637468B true CN102637468B (zh) | 2017-02-15 |
Family
ID=46621831
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201110039231.XA Active CN102637468B (zh) | 2011-02-15 | 2011-02-15 | 复合材料、薄膜电极和超级电容器制备 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102637468B (zh) |
Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103663448B (zh) * | 2012-09-19 | 2017-08-01 | 天津普兰纳米科技有限公司 | 碳材料的制备方法、所得碳材料及其应用 |
| CN103253658B (zh) * | 2013-05-13 | 2016-06-29 | 常州第六元素材料科技股份有限公司 | 一种高体积比电容石墨烯及其制备方法 |
| CN104211047B (zh) * | 2013-05-30 | 2017-02-08 | 纳米新能源（唐山）有限责任公司 | 石墨烯、石墨烯电极、石墨烯超级电容器及其制备方法 |
| CN103440995A (zh) * | 2013-08-08 | 2013-12-11 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种用于超级电容器的电极材料及其制备方法 |
| CN103871753B (zh) * | 2014-02-26 | 2016-09-14 | 江苏昊华精细化工有限公司 | 亲水性石墨烯薄膜的制备方法 |
| CN104200873B (zh) * | 2014-09-09 | 2017-08-22 | 郑州轻工业学院 | 大尺寸石墨烯‑金属精细颗粒复合膜及其制法与用途 |
| EP3265423B1 (en) * | 2015-03-06 | 2021-06-09 | University Of Technology, Sydney | A process, a structure, and a supercapacitor |
| FI128192B (fi) * | 2016-02-18 | 2019-12-13 | Picodeon Ltd Oy | Menetelmä grafeenipohjaisen lisäaineen lisäämiseksi laserablaatiota soveltavassa pinnoituksessa käytettävään kohtiomateriaaliin |
| CN105977047A (zh) * | 2016-05-24 | 2016-09-28 | 宁波墨西科技有限公司 | 一种石墨烯/活性炭复合电极材料及其制备方法 |
| CN108147937A (zh) * | 2017-12-21 | 2018-06-12 | 常州大学 | 一种季铵盐的制备方法 |
| CN108376615A (zh) * | 2018-03-03 | 2018-08-07 | 济宁利特纳米技术有限责任公司 | 一种扣式超级电容器用石墨烯基电极片及其制备方法 |
| CN108538638B (zh) * | 2018-03-28 | 2020-11-10 | 深圳新源柔性科技有限公司 | 一种超级电容器制备方法及超级电容器 |
| CN112259373A (zh) * | 2020-09-25 | 2021-01-22 | 东莞市普隆电子有限公司 | 一种新型石墨烯复合薄膜电容器 |
| CN112259372A (zh) * | 2020-09-25 | 2021-01-22 | 东莞市普隆电子有限公司 | 一种新型石墨烯涂层铝箔电容器 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1617273A (zh) * | 2003-11-11 | 2005-05-18 | 石油大学(北京) | 双电层电容器及其制备方法 |
| CN101313377A (zh) * | 2005-11-22 | 2008-11-26 | 麦斯韦尔技术股份有限公司 | 控制粘结剂含量的超级电容器电极 |
| CN101383231A (zh) * | 2008-10-24 | 2009-03-11 | 南开大学 | 以单层石墨材料为电极材料的超级电容器 |
| WO2009134707A3 (en) * | 2008-04-27 | 2010-03-18 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Ultracapacitors and methods of making and using |
| JP2011018687A (ja) * | 2009-07-07 | 2011-01-27 | Daido Metal Co Ltd | 電極シートの製造方法及び電極体の製造方法 |
-
2011
- 2011-02-15 CN CN201110039231.XA patent/CN102637468B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1617273A (zh) * | 2003-11-11 | 2005-05-18 | 石油大学(北京) | 双电层电容器及其制备方法 |
| CN101313377A (zh) * | 2005-11-22 | 2008-11-26 | 麦斯韦尔技术股份有限公司 | 控制粘结剂含量的超级电容器电极 |
| WO2009134707A3 (en) * | 2008-04-27 | 2010-03-18 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Ultracapacitors and methods of making and using |
| CN101383231A (zh) * | 2008-10-24 | 2009-03-11 | 南开大学 | 以单层石墨材料为电极材料的超级电容器 |
| JP2011018687A (ja) * | 2009-07-07 | 2011-01-27 | Daido Metal Co Ltd | 電極シートの製造方法及び電極体の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102637468A (zh) | 2012-08-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102637468B (zh) | 复合材料、薄膜电极和超级电容器制备 | |
| Wang et al. | Rational design of hierarchical SnO2/1T-MoS2 nanoarray electrode for ultralong-life Li–S batteries | |
| KR102631764B1 (ko) | 셀룰러 그래핀 필름 | |
| Xiao et al. | High-performance Li-CO2 batteries from free-standing, binder-free, bifunctional three-dimensional carbon catalysts | |
| Han et al. | Selective formation of carbon‐coated, metastable amorphous ZnSnO3 nanocubes containing mesopores for use as high‐capacity lithium‐ion battery | |
| Yin et al. | Metal–organic framework derived ZnO/ZnFe2O4/C nanocages as stable cathode material for reversible lithium–oxygen batteries | |
| Kong et al. | Microwave hydrothermal synthesis of Ni-based metal–organic frameworks and their derived yolk–shell NiO for Li-ion storage and supported ammonia borane for hydrogen desorption | |
| Yuan et al. | Flexible solid-state supercapacitors based on carbon nanoparticles/MnO2 nanorods hybrid structure | |
| KR101543486B1 (ko) | 금속 내포 수상 탄소 나노 구조물, 탄소 나노 구조체, 금속 내포 수상 탄소 나노 구조물의 제작방법, 탄소 나노 구조체의 제작방법, 및 캐패시터 | |
| JP4705566B2 (ja) | 電極材及びその製造方法 | |
| Li et al. | Ultrathin mesoporous Co3O4 nanosheet arrays for high-performance lithium-ion batteries | |
| US20110286147A1 (en) | Electrode material and capacitor | |
| Chmiola et al. | Double-layer capacitance of carbide derived carbons in sulfuric acid | |
| Li et al. | Improved strategies for separators in zinc‐ion batteries | |
| Wan et al. | Nanostructured (Co, Ni)-based compounds coated on a highly conductive three dimensional hollow carbon nanorod array (HCNA) scaffold for high performance pseudocapacitors | |
| EP2561529B1 (en) | A multi-element electrochemical capacitor and a method for manufacturing the same | |
| EP2876082A1 (en) | High-density high-rigidity graphene porous carbon material and preparation method and application thereof | |
| Jiang et al. | P-doped hive-like carbon derived from pinecone biomass as efficient catalyst for Li–O2 battery | |
| Liu et al. | Co (OH) F@ CoP/CC core-shell nanoarrays for high-performance supercapacitors | |
| Huang et al. | TiC/NiO core/shell nanoarchitecture with battery-capacitive synchronous lithium storage for high-performance lithium-ion battery | |
| Lu et al. | Transition metal oxides/hydroxides nanoarrays for aqueous electrochemical energy storage systems | |
| Guo et al. | A multifunction lithium–carbon battery system using a dual electrolyte | |
| Zeng et al. | Structured titanium nitride nanotube arrays/sulfur composite as cathode materials for advanced lithium sulfur battery | |
| Huang et al. | 2D porous layered NiFe 2 O 4 by a facile hydrothermal method for asymmetric supercapacitor | |
| Rahman et al. | A review on binder‐free NiO‐Ni foam as anode of high performance lithium‐ion batteries |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| DD01 | Delivery of document by public notice |
Addressee: Wu Lili Document name: Notification that Application Deemed not to be Proposed |
|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20180508 Address after: 300384 Alex Hua Tian Road, room 4004, room 2, Huayuan Industrial Area, Tianjin Co-patentee after: TIANJIN PULAN NANO TECHNOLOGY CO., LTD. Patentee after: Tianjin Plannano Technology Co., Ltd. Address before: 300384 Alex Hua Tian Road, room 4004, room 2, Huayuan Industrial Area, Tianjin Patentee before: Tianjin Plannano Technology Co., Ltd. |
|
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Preparation of composite materials, thin film electrodes and supercapacitors Effective date of registration: 20201209 Granted publication date: 20170215 Pledgee: Tianjin Kerong Financing Guarantee Co.,Ltd. Pledgor: TIANJIN PULAN NANO TECHNOLOGY Co.,Ltd.|TIANJIN PULAN NANO TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2020120000023 |
|
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20220413 Granted publication date: 20170215 Pledgee: Tianjin Kerong Financing Guarantee Co.,Ltd. Pledgor: TIANJIN PULAN NANO TECHNOLOGY Co.,Ltd.|TIANJIN PULAN NANO TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2020120000023 |