CN106981377A - 一种Co3O4@石墨烯纤维超级电容器电极材料的制备方法 - Google Patents
一种Co3O4@石墨烯纤维超级电容器电极材料的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106981377A CN106981377A CN201710271126.6A CN201710271126A CN106981377A CN 106981377 A CN106981377 A CN 106981377A CN 201710271126 A CN201710271126 A CN 201710271126A CN 106981377 A CN106981377 A CN 106981377A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fiber
- graphene
- super capacitor
- graphene fiber
- preparation
- 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.)
- Granted
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 85
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 82
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 title claims abstract description 41
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 title claims abstract description 39
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 50
- UBEWDCMIDFGDOO-UHFFFAOYSA-N cobalt(II,III) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Co+2].[Co+3].[Co+3] UBEWDCMIDFGDOO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims abstract description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 26
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- DDFHBQSCUXNBSA-UHFFFAOYSA-N 5-(5-carboxythiophen-2-yl)thiophene-2-carboxylic acid Chemical compound S1C(C(=O)O)=CC=C1C1=CC=C(C(O)=O)S1 DDFHBQSCUXNBSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims description 11
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 11
- 229940011182 cobalt acetate Drugs 0.000 claims description 10
- QAHREYKOYSIQPH-UHFFFAOYSA-L cobalt(II) acetate Chemical compound [Co+2].CC([O-])=O.CC([O-])=O QAHREYKOYSIQPH-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 10
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 10
- 238000009987 spinning Methods 0.000 claims description 10
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 9
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 8
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 6
- 230000001112 coagulating effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000036571 hydration Effects 0.000 claims description 6
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 claims description 6
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 5
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 5
- XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N hydrogen iodide Chemical compound I XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229940071870 hydroiodic acid Drugs 0.000 claims description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 5
- 238000007711 solidification Methods 0.000 claims description 5
- 230000008023 solidification Effects 0.000 claims description 5
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 5
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 2
- -1 graphite alkene Chemical class 0.000 claims description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 2
- 238000000527 sonication Methods 0.000 claims description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 2
- 239000001110 calcium chloride Substances 0.000 claims 1
- 229910001628 calcium chloride Inorganic materials 0.000 claims 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 abstract description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 abstract 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 4
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 3
- 238000002389 environmental scanning electron microscopy Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000000627 alternating current impedance spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical compound C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 229910019098 CoSx Inorganic materials 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- SVMCDCBHSKARBQ-UHFFFAOYSA-N acetic acid;cobalt Chemical compound [Co].CC(O)=O SVMCDCBHSKARBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010923 batch production Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 150000004770 chalcogenides Chemical class 0.000 description 1
- 239000013064 chemical raw material Substances 0.000 description 1
- 238000013270 controlled release Methods 0.000 description 1
- 239000011258 core-shell material Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 229910000314 transition metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/84—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof
- H01G11/86—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof specially adapted for electrodes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/32—Carbon-based
- H01G11/40—Fibres
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/46—Metal oxides
-
- 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
Abstract
本发明公开一种Co3O4@石墨烯纤维超级电容器电极材料的制备方法。该Co3O4@石墨烯纤维超级电容器电极材料通过水热法，在石墨烯纤维的表面包覆生长Co3O4纳米线及纳米片，且纳米线及纳米片相互交错形成大量连通的空间孔洞结构，具有非常大的比表面积。合成的Co3O4@石墨烯纤维超级电容器电极电极在三电极体系下测试，表现出236.8 F g‑1的高比容量及良好的电化学性能。本发明制备方法简单、成本低；制得的Co3O4@石墨烯纤超级电容器电极维材料具有比表面积大、比电容高、循环性能好的优点。另外因其高电导性、强度及柔性可编织的特性，在可穿戴电子设备上具有巨大的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及超级电容器的领域，特别涉及一种纤维超级电容器电极材料的制备方法。
背景技术
随着全球经济的快速发展、化石能源的不断消耗、环境污染的日益增加，研究一种高效、低成本、环境友好型、高性能的能源转换和存储系统已经显得越来越重要。超级电容器以其高能率密度、使用温度范围广，寿命长、对环境友善等优点而备受关注，在太阳能充电器、微机的备用电源、飞机的点火装置等航空航天和国防科技等方面具有极其重要和广阔的应用前景，已成为世界各国的研究热点。
超级电容器是一种电化学电容器，可以根据电荷存储机理分为两类：一类电化学双电层电容器，该类电容器的电极材料主要是碳材料；另一类是法拉第赝电容器，该类电容器的电极材料主要是过度金属氧化物。目前该领域人员研究用于超级电容器电极材料的有碳纤维、碳纳米管（CNT，Carbon Nanotubes）、石墨烯、Co3O4等氧化物以及CoSx等硫属化物电极材料。因为石墨烯具备优异的导热性、导电性、力学性能等，所以它在超级电容器、传感器、电催化、聚合物纳米复合材料、光电功能材料、高性能便携式电源、药物控制释放等领域表现出潜在的应用前景。富勒烯和碳纳米管也具备很多优异性能，但是其成本较高。而石墨烯的原材料容易得到，并且价格低廉，制备方法简单，因此被认为具有广泛应用价值的新材料，近些年来对其的应用研究也越来越多。石墨烯纤维是近几年制备出的一种新型的石墨烯宏观材料，其高电导性、强度及柔性可编织的特性受到了研究者的关注。然而纯石墨烯纤维材料通常比电容值较低，使用在电容器上具有低能量密度，从而限制了它广泛的潜在应用。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明拟将赝电容材料引入石墨烯纤维以形成复合材料来改善石墨烯纤维作为电极材料的比电容低、低能量密度的问题。
为实现发明目的，本发明采用技术方案如下：
本发明提供了一种Co3O4@石墨烯的纤维超级电容器电极材料，在石墨烯纤维的表面，通过水热法生长Co3O4纳米线及纳米片制得，形成由Co3O4纳米线及纳米片包覆石墨烯纤维的复合材料。由于包覆在石墨烯纤维表面的Co3O4呈纳米线及纳米片的微观形态，且纳米线及纳米片相互交错形成大量连通的空间孔洞结构，该材料具有非常大的比表面积，有效提高了电极的比表面积和空间利用率，提升了电极材料的比电容。本发明的实施例显示，本发明制得的Co3O4@石墨烯纤维超级电容器电极材料在三电极体系测试中，比电容值达到192～236.8 F g-1，具有十分优异的比电容。
本发明提供了制备上述Co3O4@石墨烯纤维超级电容器电极材料制备方法，包括：
（1）将氧化石墨烯水分散液离心浓缩，然后超声处理，获得氧化石墨烯纺丝液；
（2）使用注射泵将氧化石墨烯纺丝液注射到由CaCl2/乙醇溶液组成的凝固浴中，在凝固浴中浸渍20~30分钟后，将得到的纤维用去离子水及乙醇重复洗涤，洗去残留的凝固溶液，从而获得氧化石墨烯纤维并收集在支架上，将收集得到的纤维在真空条件下高温干燥；
（3）将氧化石墨烯纤维在90~120℃下氢碘酸中还原8~12小时，然后在H2/Ar的还原性气氛下1000℃热还原，自然冷却至室温后取出纤维，从而制备得到石墨烯纤维；
（4）将六水合醋酸钴、氟化铵、尿素和水混合，搅拌，得到前躯体溶液，其中六水合醋酸钴、氟化铵、尿素、水的比例为4m mol：4m mol：20m mol：40mL；
（5）将石墨烯纤维悬挂置于反应釜中，加入前躯体溶液，进行水热反应，反应温度为120~150℃，时间为5~8h，冷却至室温，收集纤维，洗涤，干燥，并在300℃退火，即得Co3O4@石墨烯核壳结构纤维超级电容器材料。
所述步骤（1）中超声处理时间为20~30min。
所述步骤（2）中去离子水及乙醇重复洗涤为分别用乙醇、去离子水冲洗3~5次。
所述步骤（3）中H2/Ar气氛的体积比为1:1~1:4。
所述步骤（4）中搅拌时间为20~30min。
所述步骤（5）中干燥时间为12~24h。
本发明的有益成果在于：
（1）本发明通过合理的材料微结构设计，采用操作简单、低成本的制备方法实现Co3O4纳米线及纳米片结构，并通过水热法生长在石墨烯纤维的表面。纳米线及纳米片相互交错形成大量连通的空间孔洞结构，有利于离子的扩散和迁移，巨大的比表面积有利于离子的吸附，从而增加了该纳米结构电极的比表面积以及电极材料和电解质的接触空间，同时石墨烯纤维的高导电性能够使电极上的电荷快速转移，达到有效提高电极材料的比电容的效果。
（2）本发明制备的Co3O4@石墨烯纤维超级电容器电极材料在应用于超级电容器的电极测试中显示出十分优异的比电容，在0.2 A g-1的电流密度下能表现出236.8 F g-1的高比容量，表现出良好的电化学性能，另外在保证高比容量的前提下，还兼具高强度及柔性可编织的特性，在可穿戴电子设备上具有巨大的应用前景。
（3）本发明采用水热合成的方法，操作简单，不需要复杂设备，非常适合于工业化的批量生产。
附图说明
图1为实施例1制备的Co3O4@石墨烯纤维超级电容器电极材料的低倍扫描电镜（SEM）图。
图2为实施例1制备的Co3O4@石墨烯纤维超级电容器电极材料的高倍扫描电镜（SEM）图片。
图3为实施例1制备的Co3O4@石墨烯纤维超级电容器电极材料的循环伏安图。
图4为实施例1制备的Co3O4@石墨烯纤维超级电容器电极材料的恒流充放电曲线图片。
图5为实施例1的Co3O4@石墨烯纤维超级电容器电极材料的交流阻抗谱图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
（1）将氧化石墨烯水分散液离心浓缩，然后超声处理30min，从而获得氧化石墨烯纺丝液；
（2）使用注射泵将氧化石墨烯纺丝液注射到由CaCl2/乙醇溶液组成的凝固浴中，在凝固浴中浸渍20min后，将得到的纤维用去离子水及乙醇重复洗涤3次，洗去残留的凝固溶液，从而获得氧化石墨烯纤维并收集在支架上，将收集得到的纤维在真空条件下高温干燥；
（3）将氧化石墨烯纤维在90℃下氢碘酸中还原12h，然后在H2/Ar（体积比为1:1）的还原性气氛下1000℃热还原，自然冷却至室温后取出纤维，从而制备得到石墨烯纤维；
（4）将六水合醋酸钴、氟化铵、尿素和水混合，搅拌30min，得到前躯体溶液，其中六水合醋酸钴、氟化铵、尿素、水的比例为4m mol：4m mol：20m mol：40mL；
（5）将石墨烯纤维悬挂置于反应釜中，加入前躯体溶液，进行水热反应，反应温度为120℃，时间为8h，冷却至室温，收集纤维，洗涤，干燥24h，并在300℃退火，即得Co3O4@石墨烯纤维超级电容器电极材料。
实施例2
（1）将氧化石墨烯水分散液离心浓缩，然后超声处理25min，从而获得氧化石墨烯纺丝液；
（2）使用注射泵将氧化石墨烯纺丝液注射到由CaCl2/乙醇溶液组成的凝固浴中，在凝固浴中浸渍20min后，将得到的纤维用去离子水及乙醇重复洗涤3次，洗去残留的凝固溶液，从而获得氧化石墨烯纤维并收集在支架上，将收集得到的纤维在真空条件下高温干燥；
（3）将氧化石墨烯纤维在120℃下氢碘酸中还原8h，然后在H2/Ar（体积比为1:4）的还原性气氛下1000℃热还原，自然冷却至室温后取出纤维，从而制备得到石墨烯纤维；
（4）将六水合醋酸钴、氟化铵、尿素和水混合，搅拌30min，得到前躯体溶液，其中六水合醋酸钴、氟化铵、尿素、水的比例为4m mol：4m mol：20m mol：40mL；
（5）将石墨烯纤维悬挂置于反应釜中，加入前躯体溶液，进行水热反应，反应温度为150℃，时间为5h，冷却至室温，收集纤维，洗涤，干燥12h，并在300℃退火，即得Co3O4@石墨烯纤维超级电容器电极材料。
实施例3
（1）将氧化石墨烯水分散液离心浓缩，然后超声处理20min，从而获得氧化石墨烯纺丝液；
（2）使用注射泵将氧化石墨烯纺丝液注射到由CaCl2/乙醇溶液组成的凝固浴中，在凝固浴中浸渍30min后，将得到的纤维用去离子水及乙醇重复洗涤5次，洗去残留的凝固溶液，从而获得氧化石墨烯纤维并收集在支架上，将收集得到的纤维在真空条件下高温干燥；
（3）将氧化石墨烯纤维在110℃下氢碘酸中还原10h，然后在H2/Ar（体积比为1:2）的还原性气氛下1000℃热还原，自然冷却至室温后取出纤维，从而制备得到石墨烯纤维；
（4）将六水合醋酸钴、氟化铵、尿素和水混合，搅拌20min，得到前躯体溶液，其中六水合醋酸钴、氟化铵、尿素、水的比例为4m mol：4m mol：20m mol：40mL；
（5）将石墨烯纤维悬挂置于反应釜中，加入前躯体溶液，进行水热反应，反应温度为120℃，时间为8h，冷却至室温，收集纤维，洗涤，干燥24h，并在300℃退火，即得Co3O4@石墨烯纤维超级电容器电极材料。
以上实施例中使用的化学原料六水合醋酸钴、氟化铵、尿素均为分析纯，去离子水电阻为18.0～18.5MΩ。
对各实施例制得的Co3O4@石墨烯纤维超级电容器电极材料进行微观形貌观察、以及电化学性能测试。
如图1和图2分别为实施例2制备的Co3O4@石墨烯纤维超级电容器电极材料的低倍和高倍扫描电镜（SEM）图。在石墨烯纤维的表面包覆着Co3O4纳米线及纳米片，且纳米线及纳米片相互交错形成大量连通的空间孔洞结构，具有非常大的比表面积。
以各实施例制得的Co3O4@石墨烯纤维为超级电容器电极材料，制备三电极体系，进行测试。如图3为实施例1制备的Co3O4@石墨烯纤维超级电容器电极材料的循环伏安图，在2mol L-1的KOH电解液下，电极材料得到近似矩形的循环伏安曲线，10 mV s-1到100 mV s-1的扫描速率下呈现出良好的双电层电容行为，从0 V到0.8V循环伏安曲线没有明显的法拉第电流。在2 mol L-1的KOH电解液下的三电极体系测试中，在0.2 A g-1的电流密度下，各实施例比电容值达到192～236.8 F g-1的比容量；如图4为实施例1制备的Co3O4@石墨烯纤维超级电容器电极材料的恒流充放电曲线图，表现出236.8 F g-1的高比容量；图5为实施例1的Co3O4@石墨烯纤维超级电容器电极材料的在0.01 Hz到1000 kHz的频率范围内交流阻抗谱图，通过电路拟合计算得到电极材料的电容电阻约为562Ω。
Claims (9)
1.一种Co3O4@石墨烯纤维超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于所述制备方法为：在石墨烯纤维的表面，通过水热法包覆生长Co3O4纳米线及纳米片。
2.根据权利要求1所述的一种Co3O4@石墨烯纤维超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于包括步骤：
步骤一：将氧化石墨烯水分散液在离心浓缩，然后超声处理，获得氧化石墨烯纺丝液；
步骤二：将氧化石墨烯纺丝液注射到由CaCl2/乙醇溶液组成的凝固浴中，在凝固浴中浸渍20~30分钟后，将得到的纤维用去离子水及乙醇重复洗涤，洗去残留的凝固溶液，从而获得氧化石墨烯纤维并收集在支架上，将收集得到的纤维在真空条件下高温干燥；
步骤三：将氧化石墨烯纤维在90~120℃下氢碘酸中还原8~12小时，然后在H2/Ar的还原性气氛下1000℃热还原，自然冷却至室温后取出纤维，制得石墨烯纤维；
步骤四：将六水合醋酸钴、氟化铵、尿素和水混合，搅拌，得到前躯体溶液，其中六水合醋酸钴、氟化铵、尿素、水的比例为4m mol：4m mol：20m mol：40mL；
步骤五：将石墨烯纤维悬挂置于反应釜中，加入前躯体溶液，进行水热反应，反应温度为120~150℃，时间为5~8h，冷却至室温，收集纤维，洗涤，干燥，并在300℃退火，即得所述Co3O4@石墨烯纤维超级电容器电极材料。
3.根据权利要求2所述一种Co3O4@石墨烯纤维超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤一中超声处理时间为20~30min。
4.根据权利要求2所述一种Co3O4@石墨烯纤维超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤二中重复洗涤为分别用乙醇、去离子水冲洗3~5次。
5.根据权利要求2所述一种Co3O4@石墨烯纤维超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤三中H2/Ar气氛的体积比为1:1~1:4。
6.根据权利要求2所述一种Co3O4@石墨烯纤维超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤四中搅拌时间为20~30min。
7.根据权利要求2所述一种Co3O4@石墨烯纤维超级电容器电极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤五中干燥时间为12~24h。
8.根据权利要求1～7任一项所述制备方法制得的一种Co3O4@石墨烯纤维超级电容器电极材料，其特征在于：所述材料为Co3O4纳米线及纳米片包覆石墨烯纤维的复合材料，且Co3O4纳米线及纳米片相互交错形成大量连通的空间孔洞结构。
9.根据权利要求8所述的一种Co3O4@石墨烯纤维超级电容器电极材料，其特征在于，所述材料比电容值达到192～236.8 F g-1。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710271126.6A CN106981377B (zh) | 2017-04-24 | 2017-04-24 | 一种Co3O4@石墨烯纤维超级电容器电极材料的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710271126.6A CN106981377B (zh) | 2017-04-24 | 2017-04-24 | 一种Co3O4@石墨烯纤维超级电容器电极材料的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106981377A true CN106981377A (zh) | 2017-07-25 |
| CN106981377B CN106981377B (zh) | 2019-02-05 |
Family
ID=59345527
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710271126.6A Expired - Fee Related CN106981377B (zh) | 2017-04-24 | 2017-04-24 | 一种Co3O4@石墨烯纤维超级电容器电极材料的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106981377B (zh) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108176403A (zh) * | 2018-01-24 | 2018-06-19 | 四川农业大学 | 一种活性炭纤维负载Co3O4催化材料的制备方法 |
| CN108305791A (zh) * | 2018-01-24 | 2018-07-20 | 扬州大学 | 一种复合材料的制备方法 |
| CN108642884A (zh) * | 2018-05-18 | 2018-10-12 | 江南大学 | 一种彩色石墨烯纤维的制备方法及其所得材料和应用 |
| CN109036863A (zh) * | 2018-07-23 | 2018-12-18 | 浙江大学 | 一种硒化物@碳基纤维超级电容器电极材料及其制备方法 |
| CN110233062A (zh) * | 2019-07-04 | 2019-09-13 | 西北工业大学 | 二维Co3O4NSs/ACC@RGO复合电极材料的制备方法 |
| CN112233913A (zh) * | 2020-10-09 | 2021-01-15 | 中山大学 | 一种制备非对称纤维超级电容器电极的方法及其制备的电极、超级电容器 |
| CN114743800A (zh) * | 2022-04-25 | 2022-07-12 | 武夷学院 | 一种聚丙烯酸/石墨烯基柔性电极材料的制备方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105070526A (zh) * | 2015-09-08 | 2015-11-18 | 哈尔滨工业大学 | 一种四氧化三钴/石墨烯三维混合结构柔性电极的制备方法 |
| CN105088416A (zh) * | 2015-07-10 | 2015-11-25 | 中国工程物理研究院化工材料研究所 | 石墨烯基空心纤维及其制备方法 |
| CN106032585A (zh) * | 2015-03-13 | 2016-10-19 | 中国科学院上海应用物理研究所 | 石墨烯-无机纳米颗粒复合纤维及其制备方法 |
-
2017
- 2017-04-24 CN CN201710271126.6A patent/CN106981377B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106032585A (zh) * | 2015-03-13 | 2016-10-19 | 中国科学院上海应用物理研究所 | 石墨烯-无机纳米颗粒复合纤维及其制备方法 |
| CN105088416A (zh) * | 2015-07-10 | 2015-11-25 | 中国工程物理研究院化工材料研究所 | 石墨烯基空心纤维及其制备方法 |
| CN105070526A (zh) * | 2015-09-08 | 2015-11-18 | 哈尔滨工业大学 | 一种四氧化三钴/石墨烯三维混合结构柔性电极的制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| QIU YANG, ET AL.: ""Hierarchical Co3O4 nanosheet@nanowire arrays with enhanced pseudocapacitive performance"", 《RSC ADVANCES》 * |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108176403A (zh) * | 2018-01-24 | 2018-06-19 | 四川农业大学 | 一种活性炭纤维负载Co3O4催化材料的制备方法 |
| CN108305791A (zh) * | 2018-01-24 | 2018-07-20 | 扬州大学 | 一种复合材料的制备方法 |
| CN108642884A (zh) * | 2018-05-18 | 2018-10-12 | 江南大学 | 一种彩色石墨烯纤维的制备方法及其所得材料和应用 |
| CN109036863A (zh) * | 2018-07-23 | 2018-12-18 | 浙江大学 | 一种硒化物@碳基纤维超级电容器电极材料及其制备方法 |
| CN109036863B (zh) * | 2018-07-23 | 2020-09-15 | 浙江大学 | 一种硒化物@碳基纤维超级电容器电极材料及其制备方法 |
| CN110233062A (zh) * | 2019-07-04 | 2019-09-13 | 西北工业大学 | 二维Co3O4NSs/ACC@RGO复合电极材料的制备方法 |
| CN110233062B (zh) * | 2019-07-04 | 2021-07-06 | 西北工业大学 | 二维Co3O4NSs/ACC@RGO复合电极材料的制备方法 |
| CN112233913A (zh) * | 2020-10-09 | 2021-01-15 | 中山大学 | 一种制备非对称纤维超级电容器电极的方法及其制备的电极、超级电容器 |
| CN114743800A (zh) * | 2022-04-25 | 2022-07-12 | 武夷学院 | 一种聚丙烯酸/石墨烯基柔性电极材料的制备方法 |
| CN114743800B (zh) * | 2022-04-25 | 2023-07-21 | 武夷学院 | 一种聚丙烯酸/石墨烯基柔性电极材料的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106981377B (zh) | 2019-02-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106981377B (zh) | 一种Co3O4@石墨烯纤维超级电容器电极材料的制备方法 | |
| CN106971860A (zh) | 一种MnO2@石墨烯纤维超级电容器电极材料的制备方法 | |
| CN103426648B (zh) | 一种MOS2/TiO2纳米复合材料及其制备方法 | |
| CN102087921B (zh) | 一种自支撑超级电容器电极材料及其制备方法 | |
| CN103787320B (zh) | 一种类石墨烯片层结构的碳纳米片材料的制备和应用 | |
| CN105140042B (zh) | 一种细菌纤维素/活性碳纤维/碳纳米管膜材料的制备方法及其应用 | |
| CN103594254A (zh) | 一种二氧化锰/介孔碳纳米分级复合电极材料的制备方法 | |
| CN106206065A (zh) | 一种超级电容器电极材料MnO2@PDA纳米复合材料的制备方法 | |
| CN107195470B (zh) | 镍钴铁三元金属氧化物纳米管状复合材料及其制备方法 | |
| CN106098393B (zh) | 一种用作超级电容器电极材料的硒化钴纳米材料及其制备方法 | |
| CN103762091A (zh) | 一种蜂窝状多孔二氧化锰纳米纤维的制备方法及其超级电容器应用 | |
| CN105655146B (zh) | 钠插层二氧化锰/石墨烯双壳空心微球材料及其制备方法和应用 | |
| CN103390507B (zh) | 一种石墨烯/铂纳米粒子复合纤维电极材料及其制备方法 | |
| Ghasemi et al. | Porous gel polymer electrolyte for the solid state metal oxide supercapacitor with a wide potential window | |
| Zhao et al. | Utilizing human hair for solid-state flexible fiber-based asymmetric supercapacitors | |
| CN108922790A (zh) | 一种钠离子嵌入的二氧化锰/氮掺杂多孔碳复合材料的制备方法和应用 | |
| CN108288547A (zh) | 氮磷硫三元共掺杂有序介孔碳材料的制备方法 | |
| CN105321726B (zh) | 高倍率活性炭/活性石墨烯复合电极材料及其制备方法 | |
| Du et al. | Controllable morphologies of Co3O4@ MnO2 core-shell structure grown on nickel foam and their supercapacitor behavior | |
| CN107481866A (zh) | 一种四氧化三钴/二氧化锰/聚吡咯纳米线阵列及其制备方法 | |
| CN110517900A (zh) | 一种超级电容器用氮掺杂低温碳纳米纤维电极材料的制备方法 | |
| CN107104005B (zh) | 一种NiO@石墨烯纤维超级电容器电极材料的制备方法 | |
| CN106531470B (zh) | 一种柔性自支撑碳纸超级电容器电极材料的制备方法与应用 | |
| CN106024405B (zh) | 一种无模板电沉积法制备硒化钴超级电容器材料的方法 | |
| CN108597899B (zh) | 用于超级电容器的NiSe2-Ni2O3纳米复合材料及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20190205 |