CN106683897A - 一种改性石墨烯超级电容器电极材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种改性石墨烯超级电容器电极材料，由以下重量份的组分制成：石墨烯90‑100份、二异硬脂酰基钛酸乙二酯4‑6份、乙酰丙酮钛11‑13份、碳酸锂10‑12份、硝酸镍6‑9份、去离子水100‑120份、异丙醇60‑80份、丙酮20‑25份、糠醛18‑20份、二亚乙基三胺3‑5份。发明制得的改性石墨烯超级电容器电极材料，具有良好的化学稳定性和电导率，比电容高，机械性能好，能量密度高，循环寿命长，环境友好，价格低廉，具有极大的推广利用价值。
Description
技术领域
本发明属于电容器制造领域，具体涉及一种改性石墨烯超级电容器电极材料。
背景技术
超级电容器的发展始于20世纪60年代，在20世纪90年代由于混合电动汽车的兴起，超级电容器受到了广泛的关注并开始迅速发展起来。超级电容器是介于传统电容器和充电电池之间的一种新型储能装置，其容量可达几百至上千法拉。与传统电容器相比，它具有较大的容量、较高的能量、较宽的工作温度范围和极长的使用寿命，传统电容器以μF(微法)标称电容量，超级电容器静电容量可达到 10万F以上；而与蓄电池相比，它又具有较高的功率密度和更好的循环寿命，且对环境无污染。因此，它结合了传统电容器与电池的优点，是一种应用前景广阔的化学电源，属于新兴的功率补偿和储能装置范畴。其中，电极是超级电容器的核心部件，其性能的好坏直接决定了电容器性能的好坏。目前单纯的石墨烯电极的电导率较低和表面浸润性差，化学稳定性差，因此急需一种改性石墨烯作为超级电容器的电极材料。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种改性石墨烯超级电容器电极材料。
本发明是通过以下技术方案实现的。
一种改性石墨烯超级电容器电极材料，由以下重量份的组分制成：石墨烯90-100份、二异硬脂酰基钛酸乙二酯4-6份、乙酰丙酮钛11-13份、碳酸锂10-12份、硝酸镍6-9份、去离子水100-120份、异丙醇60-80份、丙酮20-25份、糠醛18-20份、二亚乙基三胺3-5份，制备方法包括以下步骤：
（1）将异丙醇、丙酮混合后，向其中加入石墨烯，超声处理10-15min后，向其中加入二异硬脂酰基钛酸乙二酯和乙酰丙酮钛，继续超声处理50-60min，然后采用紫外光照射10-15min，真空抽滤，制得石墨烯钛复合材料；
（2）将碳酸锂、硝酸镍放入去离子水中，搅拌均匀后，再向其中加入糠醛、二亚乙基三胺，超声处理10-12min，搅拌40-50min后，形成均一溶液；
（3）将上述均一溶液放入聚四氟乙烯反应釜中，然后向其中加入石墨烯钛复合材料，将反应釜内温度控制在90℃，反应2-3小时后，取出，降温至室温，用体积分数为70%的乙醇溶液超声清洗两次，每次20min，再用水清洗10min，制得改性石墨烯超级电容器电极材料。
具体地，上述步骤（1）和步骤（3）中的超声波频率为30-40kHz，紫外灯的瓦数为60W。
优选地，上述乙酰丙酮钛的纯度为99%，碳酸锂、硝酸镍、异丙醇、丙酮、糠醛、二亚乙基三胺的纯度均为分析纯。
由以上的技术方案可知，本发明的有益效果是：
本发明制得的改性石墨烯超级电容器电极材料，具有良好的化学稳定性和电导率，比电容高，机械性能好，能量密度高，循环寿命长，环境友好，价格低廉，具有极大的推广利用价值。其中，三元的金属石墨烯比单元和双元的金属石墨烯具有更高的电化学活性以及更高的比电容，而且具有更优异的导电性能；采用超声和紫外光照射处理，并结合异丙醇、丙酮协同作用，可以精确的通过控制二异硬脂酰基钛酸乙二酯和乙酰丙酮钛的加入量来控制钛膜的厚度，并解决了抽滤过程中，石墨烯容易发生聚集的现象，提高了石墨烯可进入的比表面积，还降低了锂、镍结合难度，进而提高了电极的化学稳定性和循环寿命；糠醛和二亚乙基三胺协同作用，能有效的提升锂、镍在石墨烯中的结合率，进而提升了电极的电导率、机械性能以及能量密度。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据厂家的条件作进一步调整，未说明的实施条件通常为常规实验条件。
实施例1
一种改性石墨烯超级电容器电极材料，由以下重量份的组分制成：石墨烯90份、二异硬脂酰基钛酸乙二酯4份、乙酰丙酮钛11份、碳酸锂10份、硝酸镍6份、去离子水100份、异丙醇60份、丙酮20份、糠醛18份、二亚乙基三胺3份，制备方法包括以下步骤：
（1）将异丙醇、丙酮混合后，向其中加入石墨烯，超声处理10min后，向其中加入二异硬脂酰基钛酸乙二酯和乙酰丙酮钛，继续超声处理50min，然后采用紫外光照射10min，真空抽滤，制得石墨烯钛复合材料；
（2）将碳酸锂、硝酸镍放入去离子水中，搅拌均匀后，再向其中加入糠醛、二亚乙基三胺，超声处理10min，搅拌40min后，形成均一溶液；
（3）将上述均一溶液放入聚四氟乙烯反应釜中，然后向其中加入石墨烯钛复合材料，将反应釜内温度控制在90℃，反应2小时后，取出，降温至室温，用体积分数为70%的乙醇溶液超声清洗两次，每次20min，再用水清洗10min，制得改性石墨烯超级电容器电极材料。
具体地，上述步骤（1）和步骤（3）中的超声波频率为30kHz，紫外灯的瓦数为60W。
优选地，上述乙酰丙酮钛的纯度为99%，碳酸锂、硝酸镍、异丙醇、丙酮、糠醛、二亚乙基三胺的纯度均为分析纯。
实施例2
一种改性石墨烯超级电容器电极材料，由以下重量份的组分制成：石墨烯95份、二异硬脂酰基钛酸乙二酯5份、乙酰丙酮钛12份、碳酸锂11份、硝酸镍8份、去离子水110份、异丙醇70份、丙酮23份、糠醛19份、二亚乙基三胺4份，制备方法包括以下步骤：
（1）将异丙醇、丙酮混合后，向其中加入石墨烯，超声处理13min后，向其中加入二异硬脂酰基钛酸乙二酯和乙酰丙酮钛，继续超声处理55min，然后采用紫外光照射13min，真空抽滤，制得石墨烯钛复合材料；
（2）将碳酸锂、硝酸镍放入去离子水中，搅拌均匀后，再向其中加入糠醛、二亚乙基三胺，超声处理11min，搅拌45min后，形成均一溶液；
（3）将上述均一溶液放入聚四氟乙烯反应釜中，然后向其中加入石墨烯钛复合材料，将反应釜内温度控制在90℃，反应2小时后，取出，降温至室温，用体积分数为70%的乙醇溶液超声清洗两次，每次20min，再用水清洗10min，制得改性石墨烯超级电容器电极材料。
具体地，上述步骤（1）和步骤（3）中的超声波频率为35kHz，紫外灯的瓦数为60W。
优选地，上述乙酰丙酮钛的纯度为99%，碳酸锂、硝酸镍、异丙醇、丙酮、糠醛、二亚乙基三胺的纯度均为分析纯。
实施例3
一种改性石墨烯超级电容器电极材料，由以下重量份的组分制成：石墨烯100份、二异硬脂酰基钛酸乙二酯6份、乙酰丙酮钛13份、碳酸锂12份、硝酸镍9份、去离子水120份、异丙醇80份、丙酮25份、糠醛20份、二亚乙基三胺5份，制备方法包括以下步骤：
（1）将异丙醇、丙酮混合后，向其中加入石墨烯，超声处理15min后，向其中加入二异硬脂酰基钛酸乙二酯和乙酰丙酮钛，继续超声处理60min，然后采用紫外光照射15min，真空抽滤，制得石墨烯钛复合材料；
（2）将碳酸锂、硝酸镍放入去离子水中，搅拌均匀后，再向其中加入糠醛、二亚乙基三胺，超声处理12min，搅拌50min后，形成均一溶液；
（3）将上述均一溶液放入聚四氟乙烯反应釜中，然后向其中加入石墨烯钛复合材料，将反应釜内温度控制在90℃，反应3小时后，取出，降温至室温，用体积分数为70%的乙醇溶液超声清洗两次，每次20min，再用水清洗10min，制得改性石墨烯超级电容器电极材料。
具体地，上述步骤（1）和步骤（3）中的超声波频率为40kHz，紫外灯的瓦数为60W。
优选地，上述乙酰丙酮钛的纯度为99%，碳酸锂、硝酸镍、异丙醇、丙酮、糠醛、二亚乙基三胺的纯度均为分析纯。
将实施例1、2、3制得的电极材料制成电容器与对比例中市售普通的石墨烯电极超级电容器进行性能比较，比较结果如下表1所示：
表1 改性石墨烯电极超级电容器性能验证
由表1可知，本发明制得改性石墨烯电极制作出来的超级电容器，具有更高能量密度和功率密度，循环寿命长，比电容高，电导率高，具有更优越的性能。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，作出的变化、改变、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种改性石墨烯超级电容器电极材料，其特征在于，由以下重量份的组分制成：石墨烯90-100份、二异硬脂酰基钛酸乙二酯4-6份、乙酰丙酮钛11-13份、碳酸锂10-12份、硝酸镍6-9份、去离子水100-120份、异丙醇60-80份、丙酮20-25份、糠醛18-20份、二亚乙基三胺3-5份，制备方法包括以下步骤：
（1）将异丙醇、丙酮混合后，向其中加入石墨烯，超声处理10-15min后，向其中加入二异硬脂酰基钛酸乙二酯和乙酰丙酮钛，继续超声处理50-60min，然后采用紫外光照射10-15min，真空抽滤，制得石墨烯钛复合材料；
（2）将碳酸锂、硝酸镍放入去离子水中，搅拌均匀后，再向其中加入糠醛、二亚乙基三胺，超声处理10-12min，搅拌40-50min后，形成均一溶液；
（3）将上述均一溶液放入聚四氟乙烯反应釜中，然后向其中加入石墨烯钛复合材料，将反应釜内温度控制在90℃，反应2-3小时后，取出，降温至室温，用体积分数为70%的乙醇溶液超声清洗两次，每次20min，再用水清洗10min，制得改性石墨烯超级电容器电极材料。
2.根据权利要求1中所述的一种改性石墨烯超级电容器电极材料，其特征在于，上述步骤（1）和步骤（3）中的超声波频率为30-40kHz，紫外灯的瓦数为60W。
3.根据权利要求1或2中所述的一种改性石墨烯超级电容器电极材料，其特征在于，上述乙酰丙酮钛的纯度为99%，碳酸锂、硝酸镍、异丙醇、丙酮、糠醛、二亚乙基三胺的纯度均为分析纯。
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