CN105140045A - 一种基于石墨烯聚吡咯的赝电容超级电容器的电极材料 - Google Patents

一种基于石墨烯聚吡咯的赝电容超级电容器的电极材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于石墨烯聚吡咯的赝电容超级电容器的电极材料，将氧化石墨在蒸馏水中超声分散0.5-1h，然后加入聚苯乙烯磺酸钠在60-80℃下反应1-2h，冷却过滤后加入水合肼在100℃下反应1h，冷却后过滤洗涤得到石墨烯纳米片；采用分子吸附的方法将吡咯吸附于石墨烯纳米片上，并分散于盐酸的水溶液中，滴加氯化铁溶液在0-4℃条件下反应4-6h后洗涤干燥得到石墨烯聚吡咯的赝电容超级电容器的电极材料。本发明制备了一种同时具有导电性好、比表面积大、化学稳定性好的赝电容超级电容器电极材料，并表现出极佳的电容性能。

Description

一种基于石墨烯聚吡咯的赝电容超级电容器的电极材料
技术领域
本发明涉及一种基于石墨烯聚吡咯的赝电容超级电容器的电极材料，属化工材料技术领域。
背景技术
赝电容超级电容器是通过电极材料同电解液(电解质)之间发生快速可逆的氧化还原反应来实现电荷的存储。目前研究较多的赝电容超级电容器电极材料包括以下三类：一是过渡金属氧化物或氢氧化物，如二氧化钌，二氧化锰和氢氧化镍；二是导电高分子，包括聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等；三是其他含有氧氮硫官能团的材料。和双层超级电容器相比，赝电容超级电容器虽然可以实现更高的能量存储，但是由于导电性较差，导致赝电容超级电容器的功率密度较低；同时，电极材料在发生氧化还原的过程中会在一定程度上出现不可逆现象，从而影响器件的稳定性和循环寿命。改进的方法之一就是利用碳材料来作为赝电容电极材料的载体或包覆材料，以改善其导电性差的问题，而石墨烯由于具有优良的导电性和比表面积，被认为是最适合的载体材料。聚吡咯具有易掺杂，制备合成简单，石墨烯的引入可以促进聚吡咯的氧化还原反应，石墨烯对聚吡咯的分散作用可以减小电子的扩散和迁移距离，两者之间的协同作用有望制备性能良好的赝电容超级电容器材料。
发明内容
本发明的目的在于一种基于石墨烯聚吡咯的赝电容超级电容器的电极材料的制备方法，最终得到性能优异的赝电容超级电容器。
本发明所述一种基于石墨烯聚吡咯的赝电容超级电容器的电极材料，是将氧化石墨在蒸馏水中超声分散0.5-1h，然后加入聚苯乙烯磺酸钠在60-80℃下反应1-2h，冷却过滤后加入水合肼在100℃下反应1h，冷却后过滤洗涤得到石墨烯纳米片
上述一种基于石墨烯聚吡咯的赝电容超级电容器的电极材料，其特征在于：氧化石墨与蒸馏水的质量比为1:50-60；氧化石墨与聚苯乙烯苯磺酸钠的质量比为1:1；氧化石墨与水合肼的质量比为1:2-4。
本发明所述一种基于石墨烯聚吡咯的赝电容超级电容器的电极材料，是采用分子吸附的方法将吡咯吸附于石墨烯纳米片上，并分散于盐酸的水溶液中，滴加氯化铁溶液在0-4℃条件下反应4-6h后洗涤干燥得到石墨烯聚吡咯的赝电容超级电容器的电极材料。
上述一种基于石墨烯聚吡咯的赝电容超级电容器的电极材料，其特征在于：吡咯与石墨烯纳米片的质量比为1:0.05-0.2；盐酸与吡咯石墨烯的的质量比为10-20:1，；氯化铁与吡咯的摩尔比为1:1；分子吸附的方法即利于聚苯乙烯苯磺酸钠接枝在石墨烯上，水解后与吡咯形成氢键，达到吡咯在石墨烯表面均匀吸附的特点。
本发明所述一种基于石墨烯聚吡咯的赝电容超级电容器的电极材料，是以石墨烯基聚吡咯为工作电极，铂金属为对电极，饱和甘汞电极电极为参比电极，以氢氧化钠和硫酸钾为电解液构成超级电容器
上述一种基于石墨烯聚吡咯的赝电容超级电容器的电极材料，其特征在于：电解液为氢氧化钠或硫酸钾或两者的混合液，其浓度为6-8mol/L。
具体实施方式
实施例：
所述一种基于石墨烯聚吡咯的赝电容超级电容器的电极材料的制备方法：取2克氧化石墨在100ml蒸馏水中超声分散1h，然后加入2克聚苯乙烯磺酸钠在80℃下反应1h，冷却过滤后加入含有4克水合肼溶液在100℃下反应1h，冷却后过滤洗涤得到石墨烯纳米片。
采用分子吸附的方法是将得到的石墨烯纳米片置于100ml水溶液中水解，然后加入10克吡咯吸搅拌均匀静置，过滤后分散于盐酸的水溶液中，滴加52.35克氯化铁溶液在0-4℃条件下反应6h后洗涤干燥得到石墨烯聚吡咯的赝电容超级电容器的电极材料。
以石墨烯聚吡咯的赝电容超级电容器的电极材料为工作电极，铂金属为对电极，饱和甘汞电极电极为参比电极，以6mol/L氢氧化钠和硫酸钾混合液为电解液构成超级电容器，分别在不同的电压范围内进行循环伏安充放电、交流阻抗、循环寿命等性能。
在100mV/s-1的电压扫描速度下，比电容达到387F/g；能量密度和功率密度分别为100.24W·h·kg-1和4271.8W·kg-1；循环2000次后容量保持为94％。

Claims (7)

1.一种基于石墨烯聚吡咯的赝电容超级电容器的电极材料，是将氧化石墨在蒸馏水中超声分散0.5-1h，然后加入聚苯乙烯磺酸钠在60-80℃下反应1-2h，冷却过滤后加入水合肼在100℃下反应1h，冷却后过滤洗涤得到石墨烯纳米片。
2.一种基于石墨烯聚吡咯的赝电容超级电容器的电极材料，是采用分子吸附的方法将吡咯吸附于石墨烯纳米片上，并分散于盐酸的水溶液中，滴加氯化铁溶液在0-4℃条件下反应4-6h后洗涤干燥得到石墨烯聚吡咯的赝电容超级电容器的电极材料。
3.一种基于石墨烯聚吡咯的赝电容超级电容器的电极材料，是以石墨烯基聚吡咯为工作电极，铂金属为对电极，饱和甘汞电极电极为参比电极，以氢氧化钠和硫酸钾为电解液构成超级电容器。
4.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯聚吡咯的赝电容超级电容器的电极材料，其特征在于：氧化石墨与蒸馏水的质量比为1:50-60；氧化石墨与聚苯乙烯苯磺酸钠的质量比为1:1；氧化石墨与水合肼的质量比为1:2-4。
5.根据权利要求2所述的一种基于石墨烯聚吡咯的赝电容超级电容器的电极材料，其特征在于：吡咯与石墨烯纳米片的质量比为1:0.05-0.2；盐酸与吡咯石墨烯的的质量比为10-20:1，；氯化铁与吡咯的摩尔比为1:1。
6.根据权利要求2所述的一种基于石墨烯聚吡咯的赝电容超级电容器的电极材料，其特征在于：分子吸附的方法即利于聚苯乙烯苯磺酸钠接枝在石墨烯上，水解后与吡咯形成氢键，达到吡咯在石墨烯表面均匀吸附的特点。
7.根据权利要求3所述的一种基于石墨烯聚吡咯的赝电容超级电容器的电极材料，其特征在于：电解液为氢氧化钠或硫酸钾或两者的混合液，其浓度为6-8mol/L。
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